UA129753U - Пристрій для вимірювання деформацій елементів конструкцій великих розмірів - Google Patents

Abstract

Пристрій для вимірювання деформацій елементів конструкцій великих розмірів містить вузол розгортки, блок комутації та реєстратор, причому вхід блока комутації з'єднаний з першим фотоприймачем. Пристрій оснащений лазером, оптичним коліматором та фотоприймачами, причому всі EMBED Equation.3 фотоприймачів являють собою EMBED Equation.3 послідовно розташованих датчиків деформації, які знаходяться на опорах, розташованих на деякій певній рівній відстані один від одного по горизонталі впродовж конструкції, жорстко закріплених на конструкції, що деформується. Вихід кожного EMBED Equation.3 фотоприймача пов'язаний з EMBED Equation.3 входом блока комутації, а його вихід - з входом перетворювача "час-лінійні переміщення", вихід якого з'єднаний з входом реєстратора. При цьому кожний послідовний фотоприймач, що знаходиться на опорі, розташований на деякій певній рівній відстані один від одного по вертикалі, а перший і EMBED Equation.3 -ий фотоприймачі, лазер, оптичний коліматор і вузол розгортки лазерного променя винесені за межі конструкції, що деформується.

Description

Корисна модель належить до вимірювання деформацій елементів конструкцій великих розмірів, наприклад мостів, оптичними методами.

Для контролю та прогнозування стану мостової споруди із застосуванням АСДМ широке розповсюдження набули оптичні методи вимірювання деформації. Так, наприклад, у пристрої для вимірювання деформації багатоелементний фотоприймач, виконаний у вигляді матриці контролює величину і напрямок деформації, причому, якщо вузькоспрямований світловий імпульс потрапив одночасно на кілька фотоелементів багатоелементного фотоприймача, то відстань і напрямок деформації обчислюється як середньоарифметичне значення величини всіх освітлених фотоелементів | 11.

Відомий також пристрій, що містить " послідовно розташованих датчиків деформації, жорстко закріплених на конструкції що деформується, кожен з яких містить напівпрозоре дзеркало, хрестоподібну марку та джерело світла, приймач світла, вузол фокусування, вузол розгортки світла, блок комутації та реєстратор, причому розташовані послідовно уздовж оптичної осі між приймачем світла і напівпрозорими дзеркалами п хрестоподібних марок, розташовані уздовж оптичної осі кожного датчика, перпендикулярній основній оптичній осі між напівпрозорим дзеркалом і джерелом світла, блок комутації, вхід якого з'єднаний з приймачем світла, а його виходи з'єднані з вузлом фокусування, " джерелами світла і реєстратором, що містить вимірювальну схему і обчислювальний блок |21.

Найбільш близьким аналогом є пристрій, який містить " послідовно розташованих датчиків деформації, жорстко закріплених на конструкції що деформується, кожен з яких містить напівпрозоре дзеркало, хрестоподібну марку та джерело світла, приймач світла, вузол фокусування, вузол розгортки світла, блок комутації та реєстратор, причому розташовані послідовно уздовж оптичної осі між приймачем світла і напівпрозорими дзеркалами п хрестоподібних марок, розташовані уздовж оптичної осі кожного датчика, перпендикулярній основній оптичній осі між напівпрозорим дзеркалом і джерелом світла, блок комутації, вхід якого з'єднаний з приймачем світла, а його виходи з'єднані з вузлом фокусування, " джерелами світла і реєстратором, що містить вимірювальну схему і обчислювальний блок |ЗІ.

Недоліком цих пристроїв є недостатня точність та недостатні функціональні можливості і практична непрацездатність пристрою у сонячні дні, тому що приймачу світла важко відрізнити

Зо промінь світла, що застосовується у пристрої, від променя сонця, тим паче, що джерело світла у аналогу ще й проходить через напівпрозоре дзеркало. Посилаючись у аналогу на відмову від лазерного променя, де не використовується промінь певної довжини хвилі і легко за допомогою відповідного фільтра відсікається весь спектр сонячного світла, крім променя певної довжини хвилі, автори значно обмежують функціональні можливості аналога.

В основу корисної моделі поставлена задача розробки пристрою для вимірювання деформацій елементів конструкцій великих розмірів підвищеної точності з підвищеними функціональними можливостями.

Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для вимірювання деформацій елементів конструкцій великих розмірів, що містить вузол розгортки, блок комутації та реєстратор, причому вхід блока комутації з'єднаний з першим фотоприймачем, згідно з корисною моделлю, оснащений лазером, оптичним коліматором та фотоприймачами, причому всі 7 фотоприймачів являють собою " послідовно розташованих датчиків деформації, які знаходяться на опорах, розташованих на деякій певній рівній відстані один від одного по горизонталі впродовж конструкції, жорстко закріплених на конструкції що деформується, вихід кожного п-1 фотоприймача пов'язаний з п-1 входом блока комутації, а його вихід - з входом перетворювача "час - лінійні переміщення", вихід якого з'єднаний з входом реєстратора, причому кожний послідовний фотоприймач, що знаходиться на опорі, розташований на деякій певній рівній відстані один від одного по вертикалі, а перший і п-ий фотоприймачі, лазер, оптичний коліматор і вузол розгортки лазерного променя винесені за межі конструкції, що деформується.

На Фіг. 1 представлений загальний вигляд пристрою і положення фотоприймачів на конструкції без деформації.

На Фіг. 2 - загальний вигляд пристрою і положення фотоприймачів на конструкції з деформацією.

На Фіг. З представлені часові діаграми роботи пристрою без деформації конструкції.

На Фіг. 4 - часові діаграми роботи пристрою з деформацією конструкції.

Працює пристрій наступним чином. Для виміру деформації конструкції великих розмірів застосовуються И" фотоприймачів Зрее п", що являють собою 7 послідовно розташованих датчиків деформації, які знаходяться на опорах діт, розташованих на деякій певній рівній відстані 4 один від одного по горизонталі впродовж конструкції 1, жорстко закріплених на конструкції (Фіг. 1). При цьому перший і п фотоприймачі винесені за межі конструкції. Крім того, за межі конструкції винесені лазер 4, оптичний коліматор 5 і вузол 6 розгортки лазерного променя. У пристрої застосовується лазер з безперервним випромінюванням променя певної довжини хвилі 7. Послідовно з лазером розташовується оптичний коліматор, який складається з об'єктива, у фокальній площині якого розміщується вихід лазерного променя. Оптичний коліматор 5 забезпечує паралельність лазерного променя і тому, за рахунок, практично, нульової розбіжності, вся енергія лазерного променя буде зосереджена на чутливій поверхні кожного фотоприймача, виконаній із певного матеріалу, що без особливих перешкод пропускає лазерний промінь. Всі " фотоприймачів містять фотодіод або фотоелектричний помножувач (ФЕП), перед яким розташовуються чутлива поверхня і оптичний фільтр, що пропускає промінь тільки певної довжини хвилі лазера. Всі елементи фотоприймача розміщуються у герметичному корпусі. Вузол розгортки 6, наприклад, являє собою двигун, на валу якого розташовується дзеркало або призма із дзеркальною гранню, що знаходяться під кутом 457 до лазерного променя, або крутний оптичний клин, за рахунок чого промінь лазера розгортується у вертикальній площині.

Оптичний сигнал, що розгортається, з вузла розгортки 6 послідовно пробігає по чутливій поверхні кожного 71777777 фотоприймача певної довжини л (Фіг. 1, Фіг. 2). Електричний сигнал з фотодіода або ФЕП надходить на підсилювач електричного сигналу фотоприймача, який, після підсилення, надходить на блок комутації 8 (Фіг. 3). Тривалість електричного імпульсу з виходу фотоприймача буде визначатися швидкістю проходження лазерного променя по чутливій - - . ' поверхні фотоприймача, яка, у свою чергу, буде визначатися кутовою швидкістю 9 двигуна вузла розгортки і відстанню В вузла розгортки до фотоприймача (Фіг. 1, Фіг. 2). Тому тривалість імпульсів з фотоприймача буде різною і в міру наближення фотоприймача до вузла розгортки буде збільшуватись (Фіг. 3, Фіг. 4) п т -щ8вЮ--

ОК. 0) /- . . . . де ? тил. кутова швидкість обертів двигуна;

Кк. відстань між блоком розгортки лазерного променя та першим фотоприймачем.

Зо Тоді для і-того фотоприймача тривалість імпульсу буде п тяЖВ-т

ОК. , (г) де і - Іл .

Хоча відстань | між фотоприймачами по вертикалі однакова (Фіг. 1), відстань (пауза) між електричними імпульсами теж буде збільшуватися в міру наближення фотоприймачів до вузла розгортки (Фіг. 3).

І їдо---

Т, ок; , (3)

І . . . . . де 7 - відстань (пауза) між електричними імпульсами двох фотоприймачів;

І - відстань між фотоприймачами по вертикалі; 1-1. -

Так як перший 3.1 фотоприймач знаходиться за межами конструкції, що деформується, то всі обчислення деформації 7 виконуються відносно першого фотоприймача (Фіг. 3). Тому ц -А т НІД тшВ- ! ОК. п І 2 Б-: ц жк 2) що (4)

р РІ і 1-1 ОК; а М пі п-1 п-2 Фа

Якщо конструкція буде деформована (пунктирна лінія на Фіг. 2), то відстань по вертикалі між фотоприймачами зміниться, відповідно, від ! до "7-1! (фіг. 2). Тоді тривалість імпульсів буде такою ж, як і для конструкції до деформації (Фіг. 1), а от тривалість між імпульсами і відповідно період проходження імпульсів зміниться і буде залежати від 7!

АЇ, - Ї; -і , (Б) де 7 - величина деформації; із1оп1 / и / /

Аналогічні (4) обчислення 7/2» 27» --5Ї2-1 проводяться і для деформованої конструкції (Фіг. 4).

Тоді т і пИЯ

І І; , (6) звідки

Іі і; --- ї: п. (7)

Тоді з урахуванням виразу (5) вираз (7) можна записати у вигляді / іл;

ІА; --- ї: г, (8) звідки

І-й, І к)

А, - ї т - ї ї

І ї; ї; | (9)

Ай пт але 7171 т (Фіг. 4).

Тоді вираз (9) можна переписати у вигляді

І. А,

А; ----

І

; (10) игнали топриймачів ч лок 8 ком її надходять на перетв вач 9 "час-

Сигнали з фото а 3р--За через блок 8 ко а адхо а перетворювач 9 "час лінійні переміщення", де після перетворення і обчислення надходять на реєстратор 10.

Зо Обчислення 7 і 7 у виразі (9у проводиться певним методом, наприклад заповненням інтервалів між двома передніми фронтами імпульсів відповідних двох фотоприймачів імпульсами тактової частоти з тактового генератора або ноніусним методом, які знаходяться у перетворювачі 9У,а заздалегідь відома величина. лений пристрій пройшов вип вання л торних умовах, показав велик

Розробле с ойшо обува аборато ова оказав ве працездатність і достатню точність (до 1 мм) виміру деформацій конструкції.

Пристрій може бути застосований в автоматизованій системі моніторингу деформацій (АСДМ) мостових конструкцій, інших елементів конструкцій великих розмірів, що дозволить оперативно контролювати їхній стан, зміщення і прогини, що виникають в результаті впливу зовнішніх природно-кліматичних впливів, а також інтенсивного транспортного навантаження.

Джерела інформації: 1. А.б. Мо 1441193 СРСР МПК ср.О01 В 11/16. Устройство для определения деформаций образца // В.Н. Гавриков, А.В. Бабенко, О.А. Фуженко. - 42444991/25-28. Заявл. 14.05.87; опубл. 30.11.88. Бюл. Мо 44. 2. Вгемеї а'їпуепійоп. Мо 2.153.798 Егапсе С 01 В 11/00. Оіврозійї оріїдиє де сопітоїє реппапепі а'аїдпетепі.-24.09.1971.

З. Ас. Мо 1216642 СРСР МПК ср 01 В 16/11. Устройство для определения деформаций конструкции // Богатььренко К.И., Денисенко О.В. - 3728163/25-28. Заявл. 18.04.1984; опубл. 07.03.1986. Бюл. Ме9.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для вимірювання деформацій елементів конструкцій великих розмірів, що містить вузол розгортки, блок комутації та реєстратор, причому вхід блока комутації з'єднаний з першим фотоприймачем, який відрізняється тим, що пристрій оснащений лазером, оптичним коліматором та фотоприймачами, причому всі " фотоприймачів являють собою " послідовно розташованих датчиків деформації, які знаходяться на опорах, розташованих на деякій певній рівній відстані один від одного по горизонталі впродовж конструкції, жорстко закріплених на конструкції, що деформується, вихід Кожного п-1 фотоприймача пов'язаний з п-1 входом блока комутації, а його вихід - з входом перетворювача "час-лінійні переміщення", вихід якого з'єднаний з входом реєстратора, причому кожний послідовний фотоприймач, що знаходиться на опорі, розташований на деякій певній рівній відстані один від одного по вертикалі, а перший і п- ий фотоприймачі, лазер, оптичний коліматор і вузол розгортки лазерного променя винесені за межі конструкції, що деформується. я Я х с тиж - є Н ї З - 1 чех ї КІ Кя

   Днем птн Зх В Килими ТК ТК нн нн КИ З не ОНИ зи ох Мних МАННА НН ОНИ зи : нн а а ж КК КК КК КК КК КК КОКО КИ КК КК КК КО : Й : сн НН к п Фіг: