устройство для определения сдвигов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГОВ, содержащее корпус, выполненный секционным с верхним фланцем и нижним основанием и с размещенными в нем прямым отвесом, датчиками для измерения горизонтальных и вертикальных сдвигов, включающими инварную струну, отсчетный и контактные узлы и механизм натяжения струны, отличающееся тем, что корпус снабжен шаровой подвеской с закрепленной в ней по ее оси струной отвеса и ограничителем горизонтальных сдвигов в виде стержня со сферической калиброванной головкой, помещенной в цилиндрический калиброванный стакан с возможностью вертикальных перемещений, закрепленными по оси корпуса соответственно на верхнем фланце и основании, при этом верхний конец струны измерителя вертикальных сдвигов прикреплен к фланцу, а нижний через механизм натяжения струны соединен с отчетным узлом, который связан с контактным узлом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вертикального перемещения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактный узел выполнен в виде направляющей втулки, закрепленной в нижнем основании корпуса, направляющей, установленной на боковой поверхности корпуса, каретки, установленной на направляющей с возможностью вертикального перемещения, проходящего через направляющую втулку стержня, верхний конец которого закреплен на каретке, а нижний выполнен с опорным роликом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм натяжения струны измерителя вертикальных сдвигов выполнен в виде пружины, навитой на стержень, прикрепленный к нижнему концу струны и проходящей через соосно со струной отверстие в опорной пластине, закрепленной на корпусе, при этом верхний конец пружины жестко скреплен с верхним концом стержня, а другой прикреплен к опорной пластине.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отсчетный узел выполнен в виде фотодатчика, закрепленного на корпусе, двух измерительных рамок с визирными нитями, расположенными в рабочей зоне фотодатчика, при этом одна из рамок через механизм натяжения связана с нижним концом инварной струны измерителя вертикальных сдвигов, а другая установлена на каретке контактного узла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборам для измерения сдвигов элементов конструкций сооружений, оборудования, а также земной коры в местах разломов. В частности, может найти применение на различных этапах строительства, монтажа и эксплуатации атомных электростанций в качестве контрольно-измерительной аппаратуры для определения деформаций.

Известно устройство для контроля положения поверхностей [1] содержащее отвес и отсчетное устройство.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает определение пространственных смещений, кроме того, на точность измерений влияют погрешности, вызванные колебаниями струны под воздействием потоков воздуха.

Известно устройство для измерения сдвига [2] содержащее отвес, стационарно установленный в теле плотины, трехкоординатные датчики и измерительный блок.

Это известное устройство обеспечивает возможность измерения пространственных смещений, но имеет низкий уровень мобильности, так как предназначено для эксплуатации в стационарных условиях. Кроме того, в известном устройстве струна также не защищена от воздействия воздушных потоков.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения смещений скальных пород [3] содержащее корпус, выполненный секционным с верхним фланцем и нижним основанием и с размещенными в нем прямым отвесом, прикрепленным к верхнему фланцу корпуса, датчиками для измерения горизонтальных сдвигов, измерителем вертикальных сдвигов, включающим инварную струну, отсчетный и контактный узлы и механизм натяжения струны.

Контактный узел, служащий для связи устройства с объектом исследования выполнен в виде фиксатора, жестко связанного через секцию корпуса с бетонным якорем, размещенным в исследуемом объекте.

В известном устройстве секции корпуса и контактный узел жестко связаны с объектом исследования, что затрудняет проведение ремонтных работ и делает практически невозможным замену его секций без нарушения целостности объекта исследования, т. е. снижает уровень мобильности и ремонтнопригодности устройства.

Задача изобретения разработать такое устройство для измерения сдвигов исследуемого объекта, которое было бы мобильным и обеспечивало возможность ремонта и замену секций на любом этапе работ, а также замену всего устройства без нарушения целостности объекта исследования.

Это решается тем, что в устройстве для определения сдвигов, содержащем корпус, выполненный секционным с верхним фланцем и нижним основанием, и с размещенными в нем прямым отвесом, датчиками для измерения горизонтальных и вертикальных сдвигов, включающим инварную струну, отсчетный и контактный узлы и механизм натяжения струны, согласно изобретению корпус снабжен шаровой подвеской с закрепленной в ней по ее оси струной отвеса и ограничителем горизонтальных сдвигов в виде стержня со сферической калиброванной головкой, помещенной в цилиндрический калиброванный стакан с возможностью вертикальных перемещений, закрепленными по оси корпуса соответственно на верхнем фланце и основании, при этом верхний конец струны измерителя вертикальных сдвигов прикреплен к фланцу, а нижний через механизм натяжения струны соединен с отсчетным узлом, который связан с контактным узлом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вертикального перемещения.

Контактный узел выполнен в виде направляющей втулки, закрепленной в нижнем основании корпуса, направляющей, установленной на боковой поверхности корпуса, каретки, расположенной на направляющей с возможностью вертикального перемещения, проходящего через направляющую втулку стержня, верхний конец которого закреплен на каретке, а нижний выполнен с опорным роликом.

Механизм натяжения струны измерителя вертикальных сдвигов выполнен в виде пружины, навитой на стержень, прикрепленный к нижнему концу струны и проходящий через соосное струне отверстие в опорной пластине, закрепленной на корпусе, при этом верхний конец пружины жестко скреплен с верхним концом стержня, а другой прикреплен к опорной пластине.

Отсчетный узел выполнен в виде фотодатчика, закрепленного на корпусе, двух измерительных рамок с визирными нитями, расположенными в рабочей зоне фотодатчика, при этом одна из рамок через механизм натяжения связана с нижним концом инварной струны измерителя вертикальных сдвигов, а другая установлена на каретке контактного узла.

На фиг. 1 приведено устройство для определения сдвигов, общий вид; на фиг. 2 отсчетный узел измерителя вертикальных сдвигов, общий вид; на фиг. 3 схема размещения фотодатчиков для измерения горизонтальных сдвигов.

Устройство для определения сдвигов содержит герметизированный корпус 1, включающий три секции: кожух 2, приборный отсек 3 и демпферный отсек 4. Корпус в верхней части закрыт фланцем 5, а в нижней основанием 6. По центру фланца 5 прикреплена сферическая подвеска, состоящая из цапфы 7 сферической формы, помещенной в разъемную сферическую втулку 8, снабженную элементами крепления 9 (например, болтами) для фиксации на монтажной плите 10, жестко закрепленной на объекте.

К основанию корпуса 6 соосно сферической подвеске прикреплен ограничитель горизонтальных перемещений, выполненный в виде стержня 11, верхний конец которого закреплен на основании 6, а нижний заканчивается сферической головкой 12, помещенной в цилиндрический стакан 13 с возможностью вертикальных перемещений. Стакан имеет элементы крепления 14 (например, болты) для установки его на опорной монтажной плите 15.

Внутри корпуса 1 размещены струна 16 прямого отвеса, закрепленного соосно сферической подвеске, с грузом 17, помещенном в демпфирующую жидкость 18 в демпферном отсеке 4, измеритель вертикальных сдвигов, включающий инварную струну 19, механизм натяжения струны, отсчетный и контактный узлы.

Струна 19 верхним концом прикреплена со смещением относительно струны 16 отвеса к фланцу 5, а нижним связана с механизмом натяжения струны, который может быть выполнен в виде пружины 20, навитой на стержень 21, один конец которого жестко закреплен на нижнем конце струны 19, а другой проходит через соосное струне 19 отверстие 22 опорной пластины 23, закрепленной на корпусе.

Верхний конец пружины 20 жестко соединен с верхним концом стержня 21, а нижний прикреплен к опорной пластине 23.

Отсчетный узел выполнен, например, в виде двух измерительных рамок 24 и 25 с визирными нитями 26, размещенных в рабочей зоне фотодатчика, содержащего светодиод 27 и линейный фотоприемник 28 (ПЗС-линейка), закрепленные на корпусе приборного отсека 3 (фиг. 2).

Измерительная рамка 24 прикреплена к нижнему концу стержня 21, а измерительная рамка 25 установлена на каретке 30.

Контактный узел образован стержнем 29, верхний конец которого соединен с кареткой 30, установленной в направляющих 31, с возможностью вертикального перемещения. Направляющие 31 жестко закреплены на корпусе 1.

Нижний конец стержня 29 снабжен опорным роликом 32. Стержень 29 в демпферном отсеке 4 проходит через соосно установленные на основании 6 патрубок 33 и направляющую втулку 34.

Стержень 29 роликом 32 опирается на монтажную плиту 15, жестко закрепленную на нижнем горизонте исследуемого объекта.

Для регистрации горизонтальных сдвигов корпуса, вызванных горизонтальными сдвигами исследуемого объекта, относительно струны 16 использованы фотодатчики, образованные парами светодиодов 35 и многоэлементных фотоприемников (ПЗС-матрица) 36 (фиг. 3), закрепленных на корпусе устройства симметрично друг другу в двух взаимно перпендикулярных координатных плоскостях. Фотодатчики для измерения горизонтальных и вертикальных сдвигов работают в режиме фиксации потоков света от каждого светодиода на экране фотоприемника.

Сборка устройства для определения сдвигов производится в следующей последовательности. В запроектированных местах на предварительно установленных монтажных плитах 10 и 15 соосно друг другу крепятся болтами 9, 14 соответственно сферическая втулка 8 и стакан 13. Подвеска фланца 5 с закрепленными на нем струнами 16 и 19 осуществляется путем установки сферической цапфы 7 в сферической втулке 8. Кожух 2 посредством фланцевых соединений соединяется с фланцем 5. Таким же образом с помощью фланцевых соединений к кожуху 2 крепится приборный отсек 3, к которому затем крепится демпферный отсек 4.

Сферическую головку 12 ограничителя горизонтальных перемещений помещают в стакан 13. Через монтажные окна (на чертеже не показаны) в приборном отсеке 3 расправляют струну 19 и вводят стержень 21 в отверстие 22 опорной пластины 23. Стержень 29 контактного узла устанавливают в патрубке 33 и направляющей втулке 34 так, чтобы опорный ролик 32 опирался на монтажную плиту 15, а каретку 30 устанавливают в направляющих 31. Груз 17 крепят к струне 16 и помещают в демпфирующую жидкость 18.

Измерительные рамки 24, 25 ориентируют относительно друг друга и устанавливают в рабочей зоне фотодиода 28. Затем поворотом корпуса вокруг вертикальной оси ориентируют экраны фотоприемников 36 относительно принятых осей координат. После успокоения колебаний струны 16 отвеса приступают к наблюдениям.

Для приведения результатов измерений к принятой для объекта системе координат и высот предварительно определяют известными геодезическими методами координаты центра цилиндрического стакана 13 и отметку монтажной плиты 15.

В первом цикле измерений определяют начальное положение корпуса 1 относительно струны отвеса 16 путем измерения с помощью фотодатчиков ее координат и расстояние между визирными нитями 26 измерительных рамок 24, 25, соответствующее начальному положению стержня 29 относительно нижнего горизонта объекта.

В последующих циклах измерений отслеживают сдвиги объекта от первоначального положения. При горизонтальном сдвиге смещается монтажная плита 15 со стаканом 13, что вызывает наклон корпуса устройства. При этом разрывные напряжения корпуса устройства снимаются за счет его разворотов: сферической цапфы 7 в сферической втулке 8 и сферической головки 12 в стакане 13. При горизонтальном сдвиге контактный стержень 29 перемещается на ролике 32 по поверхности опорной монтажной плиты 15, изменяя свое положение в плане и по высоте. В связи с горизонтальным сдвигом сигналы на фотоприемниках 28, 36 фотодатчиков изменяется пропорционально сдвигам х, y, z. По величинам х, y может быть рассчитана поправка в показание фотоприемника 28 z за наклон корпуса.

При вертикальных сдвигах объекта стержень 29 смещается в вертикальном направлении, перемещая каретку 30 с измерительной рамкой 25 в направляющих 31. При этом фотоприемник 29 зарегистрирует изменение сигнала пропорционально величине сдвига z.