Устройство для регистрации линейных деформаций

 

Использование: для измерения смещений сооружений, зданий, грунтов. Сущность: устройство для регистрации линейных деформаций, содержащее подвижную и неподвижную опоры, устанавливаемые на измерительный объект и соединенные между собой гибкой тягой, датчик с чувствительным элементом и передающий элемент. Устройство снабжено консольно установленной пластинчатой пружиной, снабженной регулировочным винтом и штоком с прикрепленной к нему вилкой с отверстиями на противоположных сторонах, в которых установлены винты для крепления гибкой тяги, а отжимная пластина установлена на свободном конце пластинчатой пружины, причем расположение отжимной пластины и штока на консольной части пластинчатой пружины должно удовлетворять приведенному условию. 7 ил.

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерений вертикальных смещений сооружений и изданий, а также грунтов.

Известно устройство для измерения вертикальных смещений зданий, состоящее из глубинных реперов, установленных в грунте, стенных марок, установленных на здании, рейки и нивелира [1].

Недостатком данного устройства является малая точность измерений; длительность процесса измерения смещений сооружения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для регистрации оползней, содержащее подвижную и неподвижную опоры, устанавливаемые на исследуемом объекте и соединенные между собой гибкой тягой, причем на подвижной опоре смонтирован импульсный датчик, связанный с регистрирующей аппаратурой [2].

Недостатком данного устройства является громоздкость и неэффективность использования для измерения малых смещений.

Целью предлагаемого устройства является повышение эффективности использования устройства.

Для достижения этой цели в устройстве, содержащем подвижную и неподвижную опоры, установленные на измеряемый объект, гибкую тягу, установленную между опорами, датчик с чувствительным элементом в виде направленных навстречу друг другу оптических волокон, и передающий элемент, установленный между датчиком и гибкой тягой. Устройство снабжено консольно закрепленной пластинчатой пружиной с регулятором ее положения, выполненным в виде регулировочного винта, отжимной пластиной, жестко связанной со свободным концом пластинчатой пружины и установленной перпендикулярно к ней. Чувствительный элемент выполнен в виде двух волоконно-оптических кабелей, один из которых жестко закреплен в корпусе, а другой связан с отжимной пластиной, передающий элемент выполнен в виде штока с вилкой, свободный конец штока связан с пластинчатой пружиной и установлен перпендикулярно ей, а свободный конец вилки связан с гибкой тягой, причем расположение штока и отжимной пластины на пластинчатой пружине определяется из условия ≅ , где l₁ - расстояние от подвижной опоры до оси вилки со штоком; l₂ - длина от оси регулировочного винта до отжимной пластины; l₃ - длина от оси регулировочного винта до оси вилки со штоком; d - диаметр оптического волокна волоконно-оптического кабеля; L - расстояние между подвижной и неподвижной опорами; h - максимальное вертикальное смещение подвижной опоры относительно неподвижной.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 - вид сбоку на датчик; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - узел I на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг.6 - вид сверху на фиг.2; на фиг.7 - разрез В-В на фиг.6.

Предлагаемое устройство содержит подвижную 1 и неподвижную 2 опоры, устанавливаемые на здание 3 и соединенные между собой гибкой тягой 4. На опоре 1 жестко укреплен датчик, связанный с регистрирующей аппаратурой 5. Датчик выполнен в виде разъемного корпуса 6, состоящего из двух частей, соединенных винтами 7. На внутренних боковых стенках корпуса, в каждой его части, имеются пазы 8, в которых размещены концы волоконно-оптического кабеля (ВОК) 9, которые зафиксированы в корпусе 6 с помощью конусного зажима 10 и смонтированной на нем прижимной втулки 11. Конусный зажим 10 выполнен разъемным с пазами в каждой части для возможности размещения ВОК 9, а прижимная втулка 11 выполнена с отверстием также для размещения ВОК 9. Верхняя часть корпуса 6 выполнена с полостью. В верхней части корпуса 6 с помощью винтов 12 консольно закреплена пластинчатая пружина 13, на свободном конце которой закреплена, перпендикулярно к ней, отжимная пластина 14, взаимодействующая с ВОК 9. Под консольным концом пластинчатой пружины 13 размещена планка 15, выполненная с резьбовым отверстием, соосным с отверстием в пластинчатой пружине. В отверстиях планки 15 и пластинчатой пружины 13 размещен регулировочный винт 16 для регулирования положения консоли. На пластинчатой пружине 13 смонтирован шток 17 с прикрепленной к нему вилкой 18, выполненной с отверстиями на противоположных сторонах, в которых установлены навстречу друг другу винты 19, между которыми размещена тяга 4. Расположение штока 17 и отжимной пластины 14 на оси пластинчатой пружины 13 должно удовлетворять условию: расстояние от подвижной опоры 1 до оси вилки со штоком (равное l₁), умноженное на длину от оси регулировочного винта 16 до отжимной пластины 14 (равное l₂) и деленное на длину от оси регулировочного винта 16 до оси штока 17 (равное l₃), должно быть меньше или равно произведению диаметра оптического волокна ВОК 9 (равного d) на расстояние между подвижной 1 и неподвижной 2 опорами (равное L) и деленному на удвоенное максимальное вертикальное смещение опоры 1 относительно опоры 2 (равное h).

≅ В случае невыполнения данного условия даже незначительные вертикальные смещения опоры 1 относительно опоры 2 приведут к тому, что отжимная пластина 16, взаимодействуя с ВОК 9, вызовет в нем потери мощности света, равносильные выходу из строя датчика.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На основании технического задания или иного документа определяется максимально допустимое регистрируемое смещение опоры 1 относительно опоры 2 на здании 3 и расстояние между ними. Затем в соответствии с формулой ≅ , размещают на пластинчатой пружине 13 шток 17 и отжимную пластину 14. После чего осуществляют монтаж устройства на здании 3 с последующей настройкой датчика. Суть настройки заключается в том, что с помощью вилки 18 и регулировочного винта 16 устанавливают отжимную пластину 14 в такое положение, при котором потери мощности света в чувствительном элементе датчика превышают минимальные в среднем на 3 децибела. Установленное таким образом значение потерь принимают соответствующим нулевому положению подвижной опоры 1 относительно неподвижной опоры 2. Смещение опоры 1 на некоторую величину вниз вызовет поворот тяги 4 на некоторый угол. При этом вилка 18, закрепленная на тяге 4, через шток 17 воздействует на консольную часть пластинчатой пружины 13, прогибая ее вверх. Жестко укрепленная на пластинчатой пружине 13 отжимная пластина 14 взаимодействует с концом ВОК 9. При этом уменьшаются потери мощности света, что и регистрируется аппаратурой 5. При смещении опоры 1 вверх, относительно опоры 2, процесс повторяется, но в сторону увеличения потерь мощности света.

Повышение эффективности использования устройства заключается в том что предварительная настройка датчика на максимально допустимое регистрируемое смещение подвижной опоры с учетом расстояния между опорами и диаметра оптического волокна позволяет использовать весь диапазон изменения мощности света (от минимального до максимального) в чувствительном элементе, не выходя за его пределы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЛИНЕЙНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ, содержащее подвижную и неподвижную опоры, установленные на измеряемом объекте, гибкую тягу, установленную между опорами, датчик с чувствительным элементом и передающий элемент, установленный между датчиком и гибкой тягой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и эффективности, датчик выполнен в виде установленных в корпусе консольно закрепленной пластинчатой пружины с регулятором ее положения, выполненным в виде регулировочного винта, жестко связанной со свободным концом пластинчатой пружины и установленной перпендикулярно к ней отжимной пластиной, чувствительный элемент выполнен в виде двух волоконно-оптических кабелей, один из них жестко закреплен в корпусе, а другой связан с отжимной пластиной, передающий элемент выполнен в виде штока с вилкой, свободный конец штока связан с пластинчатой пружиной и установлен перпендикулярно к ней, а свободный конец вилки связан с гибкой тягой, а положение штока на пластинчатой пружине определяется из условия
≅ ,
где l₁ - расстояние от подвижной опоры до оси вилки со штоком;
l₂ - расстояние от оси регулировочного винта до отжимной пластины;
l₃ - расстояние от оси регулировочного винта до оси вилки со штоком;
d - диаметр оптического волокна волоконно-оптического кабеля;
L - расстояние между подвижной и неподвижной опорами;
h - максимальное поперечное смещение подвижной опоры относительно неподвижной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7