Устройство для измерения деформаций льда

 

Изобретение относится к измерению относительных деформаций, возникающих во льду в результате технических и естественных нагрузок. Целью изобретения является повышение точности измерений деформации льда за счет определения главных деформаций при одновременном определении азимута источника деформирования. Устройство для измерения деформаций льда снабжено гидравлическим датчиком для осуществления одновременной подачи калибровочного сигнала на три кварцевые штанги без прекращения работы устройства , первая кварцевая штанга дополнена еще двумя, которые установлены под углами 120 к ней и своими вторыми свободными концами направлены в стойкам с преобразователями и термокомпенсационными штоками, а концы их закреплены в постаменте с помощью подпружиненных хомутов нежестко. По значениям сигналов с трех кварцевых штанг определяются главные деформации в плоскости льдины, а также азимут источника деформирования. 1 ил. у Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.6

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4891689/28 (22) 17.12.90 (46)"30.12.92. Бюл. N .48 (71) Арктический и антарктический научно.. исследовательский институт Госкомгидро..мета С ССР (72) Й.Н.Смирнбв и А.И.Шушлебин (56) Латынина Л;А, Анализ работы штанго"вого деформографа, М.: АН СССР, институт физикй Земли, М 4218-72, деп. 1977 r, Авторское свидетельство СССР N. 712744, кл. G 01 N 25/16, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ЛЬДА (57) Изобретение относится к измерению относительных деформаций, возникающих во .льду в результате технических и естествейных нагрузок. Целью изобретения является повышейие точности измерений деформа. Изобретение относится к измерениям относительных деформаций;-возникающих .во льду в результате естественных и техни- ческих нагрузок.

Известны кварцевые штанговые деформометры и деформографы, которые используют для измерения деформаций, возникающих в земной коре в результате .различных сейсмических явлений, таких как землетрясения, приливные волны.

C целью исключения влияния на показания приборов метеорологических факторов, йзвестные деформографы, как правило, устанавливаются в специально оборудованных шахтах. где влияние изменений температуры воздуха на кварцевую штангу- основной . элемент прибора, ничтожно и практически,, БЦ,, 1784888 А1 (st)s G 01 N 25/16, G 01 В 5/30, 2 ции льда эа счет определения главных деформаций npvi одновременном определении азимута источника деформирования.

Устройство дия измеренмя деформаций льда сйабжено гйдравлическим датчйком для:осуществления одновременной подачи калибровочного сигнала на три кварцевые штанги без прекращения работы устройст ва, первая"кварцевая Штанга дополйена еще двумя, которйе установлейы под углами 120" к ней и своими вторыми свободнымй конца м и направлены в стойкам с преобразователями и термокомпенсационйыми штоками, а концы их закреплены в постаменте с помощью - подпружиненных хомутов нежестко. По значениям сигналов с трех кварцевых Штанг определяются главныедеформации в плоскости льдины, а также азимут источнйка деформирования. 1 ил. никак не сказывается на показаниях по 3 сл едн его.

Ближайшим техйическим решением является устройСтво для измерения де- 0© формаций льда, содержащее. постамент, CO предназначенный для закрепления со Q0 льдом,. кварцевую штангу, один конец которой взаимосвязан с постаментом. стойку, предназначенную для закрепления со льдом, расположенный у второго конца штанги термокомпенсационный шток, однйм концом жестко связанный со стойкой; и параметрический преобразователь перемещений штанги, размещенный на втором конце термокомпенсацйойного штока;

Применение термокомпенсационного штока позволяет использовать кварцевый

1784888 деформоМетр в условиях значительных температурных перепадов, например, на дрейфующих и"припайных льдах. Тем не менее, устройство обладает следуЮщимй существенными недостатками. Жесткая заделка одного конца штанги в постамент и отсутствие гидравлического датчика, закрепленного непосредственно на постаменте, затрудняет контроль стабильности чувствительности деформометра в процессе его эксплуатации. Связано это с тем, что каждый раз при контроле чувствительности деформометра еобходим6 прерывать его .. работу. После чего йужно заново проводить настройку и калибровку устройства. Такая

: .процедура приводит к перерывам в получении йнформации, Кроме. того, деформометром с одной штангой невозможно измерить главные деформации льда в месте установки прибора и определить азимут источника деформирования.

Целью изобретения является повышение тОчности"измерений деформаций льда, а именно определение главных деформаций при одновремейном определении азимута источника деформирования л1 да и при условии непрерывной работйустройства во время контроля его чувствительностй.:

Это достигается тем, что устройство дополнительно снабжено второй и третьей кварцевымй штангами, установленными аналогично первой штанге, второй и третьей стойками, выполненными аналогично первой; вторым и третьим термокомпенсационными штоками, расположенными аналогично первому штоку, вторым и третьим параметрическими преобразователями перемещения штанг, размещенными аналогично первому, и гидравлическим датчиком, установленным на постаменте, основнбй шток которого можйо перемещать в вертикальном положении, а каждый из трех дополнительных штоков .перемещается перпендикулярно основному штоку и воздействует на конец соответствующей кварцевой штанги, а штанги установлены под углом 120 друг к другу и подпружинены относительно постамента.

Такая установка штанг и.закрепление из концов обеспечивает определение главных деформаций и азимута источника деформирования льда в непрерывном режиме работы на основании следующих формул:

81 + 8Ц 8l — 8И

8, + 2 Cos (фо (P), где - деформация в направлении, образующем с осью Х произвольно выбранной системой координат Х. У угол р; 8l и 8и— главные деформации (максимальная и минимальная) в направлении главных осей I и II, образующие с осью Х.углы Ъ и (po — л/2) соответственно.

81+6+83 +

10 3 2.+ — -Г (81" -82)2 +(82 — 83)2+ (ЕЭ вЂ” 81 )2

81 + 82 + 83

Я!

3 Т

3 (81 — 82) +(82 -83) +(83-8l ) 15 лический датчик 4 с регулировочным винтом

5, который упирается в основной шток 6.

20 тц2р, 28,— 8— где 8г, 82, 83 — измеренные деформации на каждой ш танге.

ГидравличеСкий датчик, в котором ис25 пользуется принцип гидравлического трансформатора, расположен на йостаменте и тремя штоками упирается в хомуты с зажатыми в них концами кварцевых труб.

Сами хомуты прижимаются четырьмя пло30 скими пружинами к ynoðàì, жестко скрепленными с постаментом.. Четвертый, основной шток, можно вводить в камеру и выводить из нее с помощью микрометрического винта. Гидравлический датчик обеспе35 чивает одновременную подачу сигнала в аиде ступени на все три штанги, Величину ступени можно сохранять постоянной для каждой штанги при контрольных проверках.

Подвижные подпружиненные хомуты обеспечивают передачу этого сигнала на штанги деформометра.

Таким образом цель достигается за счет измерения главных деформаций и опреде45 ления азимута источника деформации. При этом исключаются перерывы в записи деформаций при контролечувствительности прибора, что достигается нежестким закреплением концов кварцевых штанг в постаменте и наличие гидравлического

50 датчика, обеспечивающего контроль чувствительности устройства в режиме его рабоTbl.

На фиг.1 представлен вид устройства в разрезе по одной из трех кварцевых штанг.

Постамент 1 вморожен в ледяной покров, на нем неподвижно установлена плита 2, к которой с помощью болтов 3 крепится гидрав1784888

Последний через сальник 7 вставлен в камеру 8 гидравлического датчика 4, заполненную рабочей жидкостью. В ту же камеру через сальник 9 вставлен дополнительный шток 10 (показан один дополнительный 5 шток из трех).

Дополнительный шток упирается в ко. нец кварцевой штанги 11, закрепленной в подвижном хомуте 12. Хомут 12 прижимает- 10 ся двумя горизонтальными и двумя вертикальными плоскими пружинами 13, (видна одна вертикальная пружина) к упору 14 с помощью планки 15, которая крепится к плите 2 и упору 14 с помощью болтов 16. 15

Упор 14 жестко связан с плитой 2. Кварцевая штанга 11 свободным вторым концом . направлена в сторону стойки 17, вмороженной в лед. К стойке 17 жестко крепится термокомпенсационный шток 18. На конце 20 штока 18 закреплен параметрический преобразователь перемещений 19 свободного

- конца штанги.

На фиг.2 представлен вид сверху поста. мента с плитой 2, гидравлическим датчиком 25

4, регулировочным винтом 5 тремя дополнительными штоками 10, которые упираются . в концы трех кварцевых штанг 11, закрепленных в подвижных хомутах 12. Хомуты 12 " прижимаются горизонтальными плоскими 30 пружинами 20 (видны три верхние плоские горизонтальные пружины) к упорам 14 с помощью планок 15 болтами 16. Свободные вторые концы штанг 11. расходятся под углами 120 к стойкам, в соответствии 35 с фиг.1.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Постамент 1 вмораживэется в лед.. Штанги из кварцевых труб 40 закрепляются в хомутах 12. Свободйые концы трех штанг 11 направляются в сторону трех стоек 17 с тремя термокомпенсэционны- . ми штоками f8 и тремя преобразователями перемещений 19. Свободные вторые концы 45 штанг смещаются .относительно льда при расширении и сжатии последнего. Смещения свободных концов трех шганг относительно льда регистрируются с помощью параметрических преобразователей перемещений 50

19, которые закреплены на термркомпенсационных штоках 18. Термокомпенсаци-: онные штоки позволяют исключить ошибку, возникающую при собственных температурных деформациях штанги. 55

Электрические сигналы с трех преобразователей перемещений поступают на регисТ Фирующую аппаратуру. По этим сигналам определяют.:. главные деформации Ft u Ql u азимут деформирования по формулам: е1 +82+%

3 Г

3 (е -Ф} +(R -ез) +(ез — 1) где А, 82, e — иэмерейные деформации на каждой штанге, . Контроль за чувствительностью деформометра осуществляется следующим образом, Основной шток 6 вводится с помощью регулировочного винта 5 в камеру 8 íà Bblбранную величийу (например, в случае наmего действующего макета на величину, приводящую к появлению сигнала на штангах деформометра равного 10 мкм), При этом три дополнительных штока 10 выдвинутся и сместят подпружиненные четырьмя плоскими пружинами 13 и 20 подвижные хомуты 12 с закрепленными в них первыми концами кварцевых штанг 11, что приведет к появлению контрольных сигналов на регистраторе в виде ступеней. Далее при выводе основного штока 6 иэ камеры 8, хомуты i2 плоскими пружинами t3, 20 прижимаются в исходное положенйе к упорам 14 йна регистраторе запись возвращается на прежний уровень. Такие сигналы являются базовыми и дальнейшие контрольные смещения штанг на заданную величину и отклик в виде ступеней на регистраторе сравнивают с этими базовыми сигналами. Постоянство ступеней показывает постоянство чувствительностей устройства по всем- трем, штангам. При этом обеспечивается непрерывность регистраций и не требуется отключения устрОйства в процессе его работы.

Технико-эконОмический эффект проявляется: — в получении новых. данных о деформациях льда, а именно. определение главных деформаций при одновременном определении азимута источнйка деформйрования льда совместно с обеспечением непрерывной работы устройства при контроле его чувствительности, что повышает T04Hoctb получаемых данных. Это обеспечивается применением трех кварцевых штанг, закрепленных в одном общем основании с помощью подпружиненных хомутов не жес7 .. 1784888 8 тко и расходящихся в горизонтальной пло- точности измерения деформаций за счет скости под углами 120 друг относительно определения и главных деформаций при друга. Кроме того, применением гидравли- одновременном определении азимута исческого датчика, позволяющего создавать точника деформирования льда, оно снабжезаданный калибровочный сигнал на все три 5 но второй и третьей кварцевыми штангами, штанги одновременнб без прекращения ра- установленными аналогично первой Штанботы устройства.. -;.....: " ге, второй и третьей стойками, выполненныМакет устройства для измерений де- ми айалбгично первой, вторым и третьим формаций льда был испытан на дрейфую- термокомпенсационными штоками, расщей станции и показал свою надежную 10 положенными аналогично первому штоку, работоспособность.:. „:, .: . вторым и третьим параметрическими преФ о р мул а и з об р е те и и я . образователями перемещения штанг, разустройство для измерения деформаций мещенными аналогично первому, и льда, содержащее постамент,предназна- размещеннйм на постаменте гидравличеченный для закрепления со льдом, кварце- 18 ским датчиком, основной шток которого усвую "штангу, - один конец которой тановлен с- возможностью перемещения взаимосвязан с постаментом, стойку, прод- перпендикулярно постаменту, а каждый из назначенную для закрепления со льдом; . трехдополнительныхштоковустановленс: . расположенный у второго конца штанги тер-: возможностью перемещения йерпендику-. мокомпенсационный шток, одним "концом 20 лярно основному штоку и предназначен жеСтко связанный со стойкой, и параметри- " для контактирования с первым концом со- ческий преобразователь перемещения ответствующей кварцевой штанги, а штан.. штанги, размещен ный на вторбм конце . ги устайовлены под углом 120О одна к термокомпенсационного штока, о т л и ч в- другой и подпружинены относительно. пою щ е е с я тем, что, с целью повышения 25 стамента.

1784888 I

Составитель А. Шушлебин

Техред М.Моргентал Корректор А. Мотыль

Редактор Т. Егорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4361. Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5