Способ определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения длины погруженной в среду электропроводящей сваи опорных конструкций наземных и морских сооружений. Предварительно определяют вертикальное распределение удельной проводимости среды путем ее электромагнитного зондирования. После этого по среде между сваей и заземляющим электродом пропускают переменный ток низкой частоты и измеряют его величину в свае. По величине тока в свае и известному распределению удельной электрической проводимости среды судят о длине погруженной части сваи. Устройство для реализации способа содержит источник напряжения в виде генератора низкой частоты, подключенного к свае и заземляющему электроду, и измерительный трансформатор тока. Измерительный трансформатор тока выполнен с разъемным магнитопроводом, охватывающим сваю. Способ позволяет определять длину заглубленной части отдельной сваи и опорных конструкций, состоящих из нескольких свай, электрически соединенных между собой, независимо от свойств среды. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерению длины, в частности, погруженной в среду электропроводящей сваи, преимущественно одиночных и нескольких свай, объединенных в единую конструкцию, например опорных конструкций наземных и морских сооружений.

Известны способ и устройство для определения длины сваи или другого удлиненного предмета в процессе забивания в грунт молотом или аналогичным устройством, основанный на принципах распространения акустических волн в свае и среде [1]. Для осуществления способа измеряют время приема акустического сигнала, возникающего в момент удара по объекту, и сравнивают его с опорным сигналом. Результаты сравнения этих сигналов указывают на глубину продвижения сваи в грунт. К его основным недостаткам относятся возможность определения длины заглубленной части сваи только в процессе забивания ее в грунт и невозможность определения длины заглубленной части каждой из нескольких свай, объединенных в единую конструкцию.

Известны способ и устройство для определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи (металлического стержневого электрода) [2]. Способ и устройство позволяют по известным удельному электрическому сопротивлению среды, в которую свая заглубляется, и постоянному электрическому потенциалу, измеренному на поверхности среды, определить ее длину. Способ основан на измерении электрического потенциала на поверхности среды от сваи (металлический стержневой электрод) и заземляющего электрода. Для его осуществления стержневой металлический электрод (свая) заглубляют в землю и подают на него постоянный ток, причем другой электрод - электрод заземления размещают на весьма значительном расстоянии от сваи. На достаточно большом расстоянии от металлического стержневого электрода измеряют постоянный электрический потенциал и по рассчитанному сопротивлению заземления электрода и известному удельному электрическому сопротивлению среды определяют длину заглубленного металлического электрода. Данные способ и устройство имеют недостатки, определяемые особенностями используемого физического метода, не позволяющими без знания удельного электрического сопротивления среды по измеренному электрическому потенциалу определить длину электрода, невозможно определить длины заглубленной части каждого из нескольких металлических электродов, если они объединены в единую конструкцию, в которой каждый электрод электрически соединен с другими.

Решаемой технической задачей является разработка способа и устройства определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи, которые позволяют проводить измерения геометрических размеров отдельных заглубленных свай и опорных конструкций, состоящих из нескольких электропроводящих свай, электрически соединенных между собой и заглубленных в среду, независимо от свойств данной среды (рыхлые, обводненные отложения, коренные породы на берегу или акватории).

Сущность способа определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи заключается в том, что предварительно осуществляют электромагнитное зондирование среды и определяют вертикальное распределение удельной электрической проводимости среды, после чего размещают заземляющий электрод в среде и между ним и электропроводящей сваей пропускают переменный электрический ток низкой частоты, одновременно измеряя величину протекающего по свае тока, по величине которого и известному распределению удельной электрической проводимости среды судят о длине погруженной в среду сваи, причем расстояние между заземляющим электродом и сваей выбирают таким, чтобы обеспечить однородность электромагнитного поля в среде.

Устройство для определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи по патентуемому способу содержит источник напряжения, один зажим которого подключен к электропроводящей свае, а второй - к заземляющему электроду, расположенному в зоне сваи, расположенные на поверхности среды в зоне сваи источник электромагнитного возбуждения среды, приемник сигнала, искаженного зондируемой средой, а также блок обработки сигнала приемника, преобразующий его в значения удельной электрической проводимости. Источник напряжения выполнен в виде генератора напряжения низкой частоты, и устройство содержит измерительный трансформатор тока с разъемным магнитопроводом, обхватывающим сваю, вторичная обмотка которого подключена к измерителю тока.

На чертеже изображен один из возможных вариантов реализации устройства, где цифрами обозначены: 1 - источник электромагнитного возбуждения среды; 2 - приемник электромагнитного возбуждения среды; 3 - блок преобразования сигнала приемника в значения удельной электрической проводимости; 4 - генератор напряжения низкой частоты; 5 - электропроводящая свая; 6 - заземляющий электрод; 7 - измерительный трансформатор с вторичной обмоткой; 8 - разъемный элемент магнитопровода; 9 - измеритель тока.

Устройство содержит источник электромагнитного возбуждения среды (1), приемник электромагнитного возбуждения среды (2) и блок преобразования сигнала приемника в значения удельной электрической проводимости (3), генератор напряжения низкой частоты (4), подключенный проводами к электропроводящей свае (5) и заземляющему электроду (6), измерительный трансформатор с вторичной обмоткой (7) посредством разъемного элемента магнитопровода (8) надет на электропроводящую сваю и подключен к измерителю тока (9).

Способ определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи осуществляется следующим образом: в непосредственной близости от заглубленной сваи проводят электромагнитное зондирование среды с помощью источника электромагнитного возбуждения среды, приемника и преобразователя сигнала и определяют вертикальное распределение удельной электрической проводимости среды, к одному зажиму генератора напряжения низкой частоты проводом подключают электропроводящую сваю, а ко второму зажиму - заземляющий электрод, который заземляют в среду на расстоянии, обеспечивающем однородность поля в среде, и пропускают переменный электрический ток, частота которого выбирается, в частности, не выше 100 Гц, измерительный трансформатор с вторичной обмоткой посредством разъемного элемента магнитопровода надевают на сваю, подключают к измерителю тока и измеряют величину тока, протекающего по свае, по величине измеренного тока и известному распределению электрической проводимости среды судят о длине погруженной в среду сваи. В том случае, когда имеется конструкция из нескольких электрически соединенных свай, измерительный трансформатор с вторичной обмоткой надевают на каждую из свай, измеряют величину тока, протекающего по каждой свае, и по известному распределению электрической проводимости среды судят о длине каждой из свай, погруженных в среду.

Устройство для определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи работает следующим образом: в зоне сваи с помощью источника электромагнитного возбуждения среды (1) в среде возбуждают электромагнитное поле, которое принимается приемником электромагнитного возбуждения (2) и с помощью блока преобразования сигнала приемника (3) преобразуется в значения удельной электрической проводимости среды, генератор напряжения низкой частоты (4) стабилизирован по частоте и обеспечивает постоянство величины напряжения, поддерживаемого в цепи, состоящей из электропроводящей сваи (5), заземляющего электрода (6), среды и подводящих к свае проводов, электропроводящая свая, на которую с помощью разъемного элемента магнитопровода (8) надет измерительный трансформатор (7), является первичной его обмоткой, в которой протекает переменный электрический ток, создаваемый генератором напряжения низкой частоты (4), величина индуцированного во вторичной обмотке измерительного трансформатора тока измеряется с помощью измерителя тока (9), работающего на той же частоте, что и генератор низкой частоты,
Источник электромагнитного возбуждения среды, приемник электромагнитного возбуждения среды и преобразователь сигнала приемника в значения удельной электрической проводимости среды могут быть конкретно реализованы в стандартной геофизической аппаратуре для определения электрических параметров геологических разрезов. В качестве генератора низкой частоты и измерителя тока низкой частоты могут быть использованы стандартные приборы.

Способ и устройство для определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи были реализованы в лабораторной установке для моделирования. С учетом принципов электромагнитного подобия в геометрическом масштабе 1:100 была изготовлена модель одной из четырех опор морской буровой платформы. Подводная площадка опоры диаметром 35 мм имела восемь свай диаметром по 1,5 мм длиной от 115 до 150 мм, была погружена в концентрированный раствор соли. С помощью генератора с частотой 20 кГц, подключенного к модели опоры и заземляющему электроду, в модели создавался ток, величина которого на самой длинной свае составляла 0,22 мкА. Измерительный трансформатор был намотан на ферритовом кольце (330 витков, диаметр провода 0,05 мм), который для измерения силы протекающего тока надевался на каждую из свай. Проведенные исследования показали, что в лабораторных условиях на данной установке возможно определение изменения длины сваи с погрешностью, не превышающей 3%.

Источники информации
1. Патент на изобретение 2251943, Великобритания.

2. Матвеев Б.К. Электроразведка, М.: Недра, 1990, стр.31-32 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи, основанный на измерении физических параметров электропроводящей сваи, отличающийся тем, что предварительно осуществляют электромагнитное зондирование среды и определяют вертикальное распределение ее удельной электрической проводимости, после чего размещают заземляющий электрод в среде и между ним и электропроводящей сваей пропускают переменный электрический ток низкой частоты, одновременно измеряя величину протекающего по свае тока, по величине которого и известному распределению удельной электрической проводимости среды судят о длине погруженной в среду сваи, причем расстояние между заземляющим электродом и сваей выбирают достаточным для обеспечения однородности электромагнитного поля в среде.

2. Устройство для определения длины заглубленной в среду электропроводящей сваи, содержащее источник напряжения, один зажим которого подключен к электропроводящей свае, а второй - к электроду, расположенному в зоне сваи, установленные на поверхности среды в зоне сваи источник электромагнитного возбуждения среды, приемник сигнала, искаженного зондируемой средой, а также блок обработки сигнала приемника, преобразующий его в значения удельной электрической проводимости, отличающееся тем, что источник напряжения выполнен в виде генератора низкой частоты и устройство содержит измерительный трансформатор тока с разъемным магнитопроводом, обхватывающим сваю, вторичная обмотка которого подключена к измерителю тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1