Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова Российский патент 2021 года по МПК G01N3/20 G01V1/16 

Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова относится к ледоведению и ледотехнике и предназначена для физического моделирования колебательных и волновых процессов, протекающих в естественном ледяном покрове, а также для тестирования сейсмометров и наклономеров, предназначенных для выявления предикторов разрушения льда при сжатиях, торошениях и волновых воздействиях на дрейфующие ледяные поля и припай.

Из уровня техники известен длинноволновый вибростенд (модель 9155D-779) для поверки и калибровки низкочастотных акселерометров, MEMS (микроэлектромеханические системы) и сейсмических датчиков. Вибростенд позволяет проводить калибровку на частотах от 0,1 Гц до 500 Гц при максимальной массе калибруемого датчика 2 кг [1].

Недостатком такого стенда является ограничение веса датчика двумя килограммами и невозможностью тестирования сейсмометров на частотах ниже 0,1 Гц. Указанный стенд не предназначен для тестирования наклономеров, а также для совместного тестирования нескольких датчиков одновременно.

Известна принятая за прототип специальная гидравлическая платформа, предназначенная для калибровки сейсмометров и наклономеров, которая представляет собой консоль с закрепленным краем. При этом под свободным краем платформы располагаются сильфоны, заполненные гидравлической жидкостью и связанные рукавом с задающим сильфоном, который соединен шатунным механизмом с маховиком, насаженным на вал электродвигателя постоянного тока. Вращательное движение вала электродвигателя стабилизируется маховиком, преобразуется в возвратно-поступательное движение шатунного механизма и передается на задающий сильфон, который воздействует на рабочие сильфоны. При изменении скорости вращения электродвигателя меняется частота колебаний платформы [2].

Недостатком такой гидравлической платформы является невозможность задания статических наклонов и колебаний с частотой ниже 0,1 Гц. Кроме того, на такой платформе практически невозможно избавиться от паразитных поперечных колебаний консоли, которые снижают точность тестирования датчиков.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности тестирования сейсмометров и наклономеров. Указанный технический результат достигается тем, что платформа в виде консоли с зажатым юстировочными винтами краем располагается на поплавке, погруженным в жидкость, налитую в бак, а для устранения поперечных паразитных колебаний к нижней поверхности платформы крепится демпфер (киль) в виде пластины, также находящейся в баке с жидкостью. На свободный конец платформы оказывается воздействие при помощи механического рычажного устройства, одним концом, опирающимся на эксцентрик, насаженный на вал электродвигателя постоянного тока, а другой конец рычага соединен с качающимся барабаном, который при помощи троса связан со свободным краем платформы. При этом длина троса может регулироваться в зависимости от нагрузки на платформу за счет веса тестируемых датчиков. Таким образом, колебания рычажного устройства через качающийся барабан и трос регулируемой длины передаются краю платформы с установленными на ней датчиками. Регистрация перемещений края платформы осуществляется при помощи датчика, соединенного с регистрирующим устройством. Размах колебаний регулируется при помощи перемещений электродвигателя с эксцентриком по основанию устройства и его фиксации в необходимом месте. Кроме того, размах колебаний можно регулировать за счет съемных эксцентриков с разным эксцентриситетом. Вес рычажного устройства компенсируется пружиной с регулируемым натяжением. На платформу можно устанавливать одновременно несколько сейсмометров или наклономеров в любой необходимой комбинации.

Состав устройства показан на фиг. 1. Стенд состоит из следующих элементов:

1 - платформы в виде консольной балки,

2 - зажатый винтами край балки,

3 - поплавок,

4 - бак с жидкостью,

5 - демпфер (киль),

6 - рычажное устройство

7 - эксцентрик,

8 - вал электродвигателя постоянного тока,

9 - качающийся барабан, 10-трос,

11 - сейсмометр,

12 - наклономер,

13 - датчик перемещений,

14 - основание,

15 - пружина.

Указанные части соединены в единое устройство следующим образом. Стенд включает в себя платформу в виде консольной балки 1 с зажатым котировочными винтами краем 2, при этом консольная балка 1 располагается на поплавке 3, погруженном в бак с жидкостью 4. К нижней поверхности балки 1 крепится демпфер (киль) 5 для устранения паразитных поперечных колебаний консольной балки 1. Рычажное устройство 6 опирается одним концом на эксцентрик 7, насаженный на вал электродвигателя постоянного тока 8. Другой конец рычажного устройства 6 соединен с качающимся барабаном 9, связанным со свободным краем консольной балки 1 тросом 10, длина которого регулируется. На платформе располагаются сейсмометр 11 и наклономеры 12. Датчик перемещений 13 соединен кабелем с регистратором (на фиг. 1 не указан) и обеспечивает фиксацию перемещений свободного края консольной балки 1. Электродвигатель 8 с насаженным на его ось эксцентриком 7 при перемещении по основанию 14 обеспечивает изменение размаха колебаний консольной балки 1. Кроме того, изменять размах колебаний свободного края консольной балки 1 можно при замене на валу электродвигателя 8 эксцентриков 7 с разным эксцентриситетом. Пружина 15 с регулируемым натяжением обеспечивает компенсацию веса рычажного устройства 6.

Работа стенда для имитации колебательных процессов ледяного покрова осуществляется следующим образом. На консольную балку 1 с зажатым котировочными винтами краем 2 и опирающуюся на поплавок 3, погруженный в бак с жидкостью 4 с демпфером (килем) 5, который устраняет паразитные поперечные колебаний балки 1, устанавливаются тестируемые сейсмометр 11 и наклономеры 12. Количество и характер датчиков определяется решаемыми задачами. При помощи перемещения вдоль основания 14 и фиксации на нем электродвигателя постоянного тока 8 с эксцентриком 7, насаженным на вал электродвигателя 8, задается необходимый размах колебаний свободного края консольной балки 1. Эти колебания задаются рычажным устройством 6, скрепленным с качающимся барабаном 9, который в свою очередь связан тросом 10 с регулируемой длиной со свободным краем консольной балки 1. Регистрация перемещений свободного края консольной балки 1 осуществляется датчиком 13, соединенным кабелем с регистратором (на фиг. 1 не указан). Перед проведением тестирования датчиков консольная балка 1 устанавливается в горизонтальное положение при помощи троса 10 с регулируемой длиной и котировочных зажимных винтов 2. Контакт рычажного устройства 6 с эксцентриком 7 регулируется при помощи натяжением пружины 15.

Изменение скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока 8 обеспечивает изменение частоты колебаний консольной балки, а также позволяет задавать постоянные или очень медленно меняющиеся наклоны платформы.

Использованные источники из уровня техники

1. ООО "НОВАТЕСТ", (info@novatst.ru. www.novatst.ru), адрес: Россия, 141401, г. Химки, Ленинский пр-т, д.1, корп.2.

2. Смирнов В.Н., Шушлебин А.И, Ковалев С.М., Шейкин И.Б. Методическое пособие по изучению физико-механических характеристик ледяных образований как исходных данных для расчета ледовых нагрузок на берега, дно и морские сооружения. СПб. ААНИИ. 2011, с. 178.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к ледоведению и ледотехнике, и может быть использовано для физического моделирования колебательных и волновых процессов, протекающих в естественном ледяном покрове, а также для тестирования сейсмометров и наклономеров. Платформа в виде консоли с зажатым котировочными винтами краем располагается на поплавке, погруженном в жидкость, налитую в бак. Кроме того, для устранения поперечных паразитных колебаний к нижней поверхности платформы крепится демпфер (киль) в виде пластины, также находящейся в баке с жидкостью. На платформу можно устанавливать одновременно несколько сейсмометров или наклономеров в любой необходимой комбинации. Изменение скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока обеспечивает изменение частоты колебаний консольной балки, а также позволяет задавать постоянные или очень медленно меняющиеся наклоны платформы. Технический результат заключается в повышении качества имитации волновых и колебательных процессов ледяного покрова, что обеспечивает повышение точности тестирования сейсмометров и наклономеров. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Стенд для имитации колебательных процессов ледяного покрова, включающий консольную балку с одним закрепленным краем, датчик перемещения свободного края консольной балки, электродвигатель постоянного тока и гидравлическое устройство воздействия на свободный край консольной балки, отличающийся тем, что консольная балка опирается на поплавок с демпфером в виде киля, погруженный в жидкость, залитую в бак, край консольной балки зажат котировочными винтами, воздействие на свободный край консольной балки передается при помощи механического рычажного устройства, одним концом установленного на эксцентрик, насаженный на вал электродвигателя, а вес рычажного устройства компенсируется пружиной с регулируемым натяжением, другой конец рычажного устройства соединен с качающимся барабаном, который связан со свободным краем консольной балки тросом с изменяемой длиной.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что эксцентрик выполнен съемным, а электродвигатель перемещаемым вдоль основания платформы.