способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений
Классы МПК: | G01M7/00 Испытание конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки G01V1/00 Сейсмология; сейсмическая или акустическая разведка |
Автор(ы): | Селезнев В.С., Еманов А.Ф., Кузьменко А.П., Барышев В.Г., Сабуров В.С. |
Патентообладатель(и): | Селезнев Виктор Сергеевич, Еманов Александр Федорович, Кузьменко Александр Павлович, Барышев Валерий Георгиевич, Сабуров Владимир Сергеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-08-26 публикация патента:
10.06.2000 |
Изобретение относится к инструментальному инженерно-сейсмологическому обследованию физического состояния зданий и сооружений посредством измерения микроколебаний объекта под воздействием микросейсмического фона. С помощью группы периодически последовательно перемещаемых трехкомпонентных вибродатчиков и одновременно трехкомпонентным вибродатчиком в фиксированной опорной точке измеряют колебания объекта. Путем пересчета записи группы перемещаемых вибродатчиков приводят к единому времени регистрации и соответствующему уровню микроколебаний в опорной точке и получают записи сигналов измерений приведенными к единому времени регистрации для любого количества точек наблюдения на объекте с помощью ограниченного числа датчиков и каналов регистрирующей аппаратуры. Технический результат - возможность получения представления о трехмерных колебаниях объекта, равнозначного одновременной многоканальной регистрации в тех же точках объекта. 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
Способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, заключающийся в том, что измерения колебаний объекта осуществляют под воздействием микросейсмического фона естественного и техногенного происхождения, в условиях которого находится обследуемый объект, посредством группы периодически последовательно перемещаемых трехкомпонентных вибродатчиков и одновременно трехкомпонентным вибродатчиком в фиксированной опорной точке, расположенной на исследуемом объекте или вблизи него, отличающийся тем, что посредством последующего вычисления линейной части осредненных комплексных передаточных функций вход-выход для каждой из трех одно- и разноименных компонент в точках измерения, характеризующих коэффициент передачи сигнала и фазу от опорной точки к точке измерений и оценки погрешности вычисления с помощью осредненного спектра когерентности, путем перемножения передаточной функции для каждой точки измерений на определенную сейсмограмму в опорной точке, получают комплексные амплитудно-частотные характеристики колебаний точек объекта в момент записи сейсмограммы в опорной точке, далее с помощью обратного преобразования Фурье от АЧХ объекта по трем компонентам осуществляют переход к временным трассам для каждой точки измерения, приведенным к единому времени, соответствующему времени записи определенной сейсмограммы в опорной точке, с учетом уровня сигнала в опорной точке, получают записи сигналов измерений, приведенными к единому времени регистрации, для любого количества точек измерения на объекте с помощью ограниченного числа датчиков и, соответственно, каналов регистрирующей аппаратуры и получают детальное представление о трехмерных колебаниях объекта, равнозначное одновременной многоканальной регистрации в тех же точках объекта.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области инструментального инженерно-сейсмологического обследования физического состояния зданий и сооружений посредством измерения микроколебаний объекта под воздействием микросейсмического фона естественного и техногенного происхождения или специальных управляемых источников вибрации и может быть использовано при обработке материалов обследования различных объектов. Известен способ, согласно которому в результате обработки данных измерений инженерно-сейсмологического обследования определяют комплекс динамических параметров микроколебаний зданий и сооружений, характеризующих физическое состояние обследуемых объектов [1]. Представленный способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений существенно расширяет возможности использования способа [1] определения физического состояния зданий и сооружений путем обеспечения детального их обследования с помощью ограниченного числа вибродатчиков и, соответственно, каналов одновременной регистрации сигналов с последующим определенным способом пересчета аналогичных записей измерений для любого количества точек измерений на объекте. Известен также способ определения характеристик требующейся виброизоляции для многоканальных аппаратурных систем, заключающийся в том, что для оценки и коррекции получаемых из отношения модулей спектров входа и выхода характеристик виброизоляции используют функцию когерентности между входными сигналами и реакцией системы [2]. Недостатками этого способа являются использование модулей входного и выходного сигналов (фазы не учитываются), а также коррекция характеристик виброизоляции с помощью функций когерентности и необходимость одновременной регистрации во всех точках наблюдения. Наиболее близким (прототипом) к заявляемому способу является способ определения вибраций здания, в котором уровни вибраций одновременно регистрируют на грунте вблизи здания, а также в нижней и других частях здания [3]. По одновременным записям в разных частях здания определяют коэффициент передачи (передаточную функцию) вибраций от грунта к нижней части здания и далее по его частям. Коэффициент передачи от одной точки регистрации к другой определяют как отношение энергий в этих точках во временной области, или как отношение спектров в частотной области![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150684/2150684t.gif)
Здесь Cвх(
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150684/2150684-2t.gif)
где K(
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150684/2150684-3t.gif)
Здесь в числителе стоит функция взаимной корреляции между колебаниями в опорной точке и линейной частью колебаний в i-й точке измерения, а в знаменателе квадрат модуля спектра колебаний в опорной точке. Осредняя K(xi,yi,zi,
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150684/2150684-4t.gif)
где COn(x0,y0,z0,
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150020/916.gif)
С помощью обратного преобразования Фурье от АЧХ объекта по трем компонентам переходят к трассам для каждой точки измерения, приведенным к единому времени регистрации, соответствующему времени записи сейсмограммы Cоп, с учетом уровня сигнала в опорной точке. Вместо одной трехкомпонентной реализации (сейсмограммы) в опорной точке может быть взят спектр, осредненный по всем записям в опорной точке, и получены осредненные (за все время регистрации) сейсмограммы в каждой точке измерения на объекте. Для оценки погрешности приведения разновременных записей к единому времени регистрации на базе записей в опорной точке может быть использован спектр когерентности
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150061/947.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150684/2150684-5t.gif)
Здесь R00(
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150061/947.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150040/177.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150061/947.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150061/947.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150684/2150684-6t.gif)
где n - число блоков, на которое разбивают длину реализации сигнала T. Из последней формулы следует, что чем больше значение
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150061/947.gif)
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150087/969.gif)
Фиг. 1 - общий вид плотины Саяно-Шушенской ГЭС (а) и поперечный разрез плотины и машинного зала (б). Фиг. 2 - приведение разновременных записей к единому времени регистрации. а) исходные записи радиальных колебаний плотины СШГЭС (галерея N 10) на отметке 521 м;
б) те же записи, приведенные к единому времени регистрации;
в) те же записи, после двумерной фильтрации области 15-ти собственных форм радиальных колебаний плотины СШГЭС. Фиг. 3 - карты амплитуд радиальной скорости смещения на отметке 521 м плотины СШГЭС в зависимости от частоты и расстояния от левого берега:
а) уровень верхнего бьефа 539 м;
б) уровень верхнего бьефа 500 м. Фиг. 4 - карты абсолютных амплитуд смещений (в микронах) и фаз собственных форм радиальных колебаний плотины СШГЭС (УВБ 539 м):
а) амплитуды;
б) фазы. Фиг. 5 - карты абсолютных амплитуд смещений в поперечном сечении плотины СШГЭС по секции 25 первой собственной формы радиальных колебаний (УВБ 500 м):
а) радиальные колебания (X-компонента);
б) тангенциальные колебания (Y-компонента);
в) вертикальные колебания (Z-компонента). Фиг. 6 - карты спектров когерентности радиальных колебаний плотины СШГЭС на частотах собственных форм (УВБ 539 м). Общий вид и поперечный разрез плотины приведены на фиг. 1. Первый этап обследования проведен зимой 1997 г. при уровне верхнего бьефа (УВБ) с абсолютной отметкой 539 м, второй - весной 1998 г. при УВБ 500 м. Целью обследования являлось определение основных динамических параметров микроколебаний плотины, характеризующих ее физическое состояние и сопоставление этих параметров при разных уровнях верхнего бьефа. Микроколебания плотины на собственных частотах и формах вызваны микросейсмическим фоном естественного и техногенного происхождения. Основными техногенными источниками колебаний плотины являются работающие гидроагрегаты, водопроводящие тракты, водосбросы и т.д. Измерения уровня микроколебаний плотины проведены по девяти горизонтальным продольным и трем поперечным галереям плотины (на абсолютных отметках от 332 м до 521 м), а также по шести штольням на правом и левом берегах. На первом этапе измерения выполнены более чем в 1200 точках, на втором - более чем в 1500 точках. Регистрация колебаний осуществлялась одновременно четырьмя трехкомпонентными датчиками, последовательно перемещаемыми по продольным и поперечным галереям плотины и аналогичным датчиком, установленным в фиксированной опорной точке на отметке 521 м (секция 33). Шаг измерений
![способ приведения к единому времени регистрации разновременных записей измерений, патент № 2150684](/images/patents/321/2150020/916.gif)
1. Выделены 15-ть преимущественно радиальных форм и частот собственных колебаний плотины. Получены фактические величины частот собственных форм и величины амплитуд колебаний плотины для различных форм. На фиг. 3 в качестве примера представлены карты абсолютных амплитуд скорости смещения для радиальных собственных форм колебаний плотины в зависимости от частоты и расстояния от левого берега для УВБ 500 и 539 м. 2. Построены карты абсолютных амплитуд скоростей смещения и фаз для радиальных собственных форм колебаний в вертикальной плоскости, проходящей вдоль продольных и поперечных галерей (патерн) плотины. Они характеризуют микроколебания плотины по трем компонентам на частотах собственных форм. На фиг. 4 представлены карты абсолютных амплитуд скорости смещения для первой, третьей, пятой и пятнадцатой собственных форм радиальных колебаний плотины и карты фаз для третьей и пятой собственных форм. На фиг. 5 представлены карты радиальных, тангенциальных и вертикальных скоростей смещений в поперечном сечении плотины (по секции N 25, УВБ-500 м) для первой формы собственных радиальных колебаний. 3. Проведено сравнение динамических параметров колебаний плотины при уровнях верхнего бьефа 500 и 539 м. Выявлены изменения частот собственных форм колебаний плотины и логарифмических декрементов затухания. Абсолютная величина амплитуд радиальных колебаний плотины при наполнении водохранилища возрастает, частоты собственных форм колебаний с первой по седьмую - понижаются, а с седьмой по пятнадцатую - повышаются. 4. Определен осредненный логарифмический декремент затухания для разных собственных форм радиальных колебаний. Он изменяется в пределах 0,06-0,12. 5. Вычислены компоненты относительных динамических деформаций и напряжений, возникающих при микроколебаниях плотины на собственных формах. Получены величины динамических деформаций порядка 10-8, а динамических напряжений - 30-100 Па. 6. Для оценки погрешности приведения разновременных записей измерений к единому времени регистрации с использованием записей в опорной точке вычислен осредненный спектр когерентности для первой, третьей, четвертой и пятой собственных форм колебаний плотины (фиг. 6). Как видно из фиг. 6, спектр когерентности близок к единице (кроме точек плотины, где расположены узлы собственных форм и амплитуды этих форм близки к нулю). Это свидетельствует о корректности использования линейной модели, применимости и точности предложенного способа на частотах собственных форм колебаний, поскольку при внешних воздействиях объект воспринимает большую часть энергии именно в области частот собственных форм колебаний. Значения спектра когерентности на промежуточных частотах несколько понижаются, но это в данном случае может не приниматься во внимание. Литература
1. Способ определения физического состояния зданий и сооружений. Заявка на патент РФ, регистрационный N 98102539/03 (003232), кл. G 01 M 7/00, приоритет от 17.02.98. 2. Способ определения характеристик виброизоляции многоканальной динамической системы. Авторское свидетельство СССР, N 1779968, кл. G 01 M 7/02, 1992. 3. Способ определения вибраций здания. Авторское свидетельство СССР N 1777018, кл. G 01 M 7/00, 1992.
Класс G01M7/00 Испытание конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки
Класс G01V1/00 Сейсмология; сейсмическая или акустическая разведка