Устройство для крепления датчиков измерения кинематических параметров движения Советский патент 1992 года по МПК G01M19/00 G01P1/02 

/

U 16 Фм.б

18

ливается блок с датчиками скорости и ускорения. Контейнер выполняется в виде трубы 3 с днищем 4 на одном конце и ступенчатым фланцем 5 на другом. Блок выполняется жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой под соответствующие датчики. Установка блока с датчиками в контейнер производится посредством жесткого диска 9, к центральной части которого на болтах крепится блок. Диск 9 устанавливается в цилиндрический уступ ступенчатого фланца и с помощью трех регулировочных винтов 11 выводится строго в заданное положение, для чего можно использовать уровень, отвес и т.д. Свободное пространство контейнера после установки в него блока с датчиками может заполняться вяжущим материалом, например цементно-песчаным раствором, эпоксидной смолой и т.п. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерений, в частности к измерению скоростей и ускорений. Целью изобретения является увеличение надежности крепления и повышение точности измерений и удобства монтажа. Устройство для крепления датчиков содержит закрепляемый на строительной конструкции контейнер, в который устанав

Изобретение относится к области измерений, испытаний, а именно к измерению скоростей и ускорений.

Известны жидкостные измерители скорости (ЖИС), которые могут быть исполнены для горизонтальной или для вертикальной установки. Их крепление к строительной конструкции осуществляется путем вворачивания в заранее устроенные соответственно вертикальные или горизонтальные отверстия с резьбой, например в приваренных к металлическим частям конструкции элементам с такими отверстиями.

Недостатком такого технического решения является низкая точность измерений.

Наиболее близким к изобретению является платформа (контейнер) для установки взаимно перпендикулярных датчиков ЖИС на массиве горной породы. Она имеет резьбовые отверстия, выполнена из стального уголка и установлена на поверхности на цементном растворе таким образом, чтобы обеспечить вертикальную и горизонтальную ориентацию датчиков в пространстве.

Указанное устройство обладает недостатками.

Во-первых, оно не может обеспечить высокую точность измерений, так как резьбовые отверстия отклоняются от горизонтального или вертикального направления вследствие неточностей приварки, ручной установки на цементном растворе и т.д.

Во-вторых, указанная платформа неудобна при монтаже системы измерений (в эксплуатации). Это вызвано тем, что ориентация платформы производится вручную без вспомогательных устройств, а фиксация его в нужном положении - с помощью цементного раствора, который долго набирает прочность (а платформа до его затвердевания может сместиться по каким-либо причинам), подвержен деформациям усадок и т.д. Кроме того, после установки датчиков на платформе они находятся в открытом незащищенном положении и легко могут быть

повреждены при монтаже системы измерений и при проведении испытаний.

Цель изобретения - увеличение надежности крепления и повышение точности измерений и удобства монтажа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для крепления датчиков измерения кинематических параметров движения преимущественно строительной

конструкции при динамическом воздействии, содержащем контейнер с узлом крепления датчиков скорости и ускорения, узел крепления датчиков выполнен в виде установленного в контейнере блока с механизмом его ориентации относительно блока и прижимным кольцом, причем контейнер выполнен в виде трубы с днищем .на одном конце и ступенчатым фланцем на другом, а механизм ориентации - в виде установленного с возможностью поворота на нижней ступени фланца и закрепленного к блоку жесткого диска с по крайней мере тремя регулировочными винтами, взаимодействующим с нижней ступенью фланца, при этом

прижимное кольцо закреплено к наружной верхней ступени фланца по крайней мере в трех точках, а блок выполнен жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой

для крепления датчиков, причем в каждой паре ось одного из отверстий перпендикулярна плоскости диска. Кроме того, диск снабжен цанговыми зажимами для вывода монтажных проводов., а свободное пространство контейнера заполнено вяжущим материалом, преимущественно цементно- песчаным раствором или эпоксидной смолой, а в диске выполнено отверстие для нагнетания с наружной стороны через штуцер вяжущего материала.

На фиг. 1 показана схема установки устройства на строительную конструкцию; на фиг.2 - то же, на наклонную конструкцию; на фиг.З - то же, на вертикальную конструкцию; на фиг.4 - то же, на горизонтальную

конструкцию; на фиг.5 - устройство, общий вид; на фиг.б - сечение А-А на фиг.5.

Устройство для установки датчиков измерения кинематических параметров движения строительной конструкции при динамическом воздействии содержит жестко монтируемый (вмонтирываемый) вертикально или горизонтально (на фиг. 1-4 в тело строительной конструкции I контейнер 2. В случае горизонтального расположения контейнера его продольная ось еще должна быть направлена в заданном направлении в горизонтальной плоскости, например на источник динамического воздействия (в соответствии с задачей эксперимента).

Контейнер 2 представляет собой (фиг.5) металлическую (стальную) трубу 3, имеющую на торце, вмонтирываемом в конструкцию, днище 4, приваренное по контуру. На другом торце трубы 3 жестко закреплен (приварен) ступенчатый фланец 5. Контейнер 2 монтируется в строительную конструкцию таким образом, чтобы ступенчатый фланец 5 выступал над ее поверхностью, (ориентировочно не менее, чем на 20 мм), при этом его положение для наклонных поверхностей выбирается (вертикальное или горизонтальное) с учетом наименьшего поворота плоскости фланца 5 от плоскости строительной конструкции 1 до вертикаль ного (фиг.1) или горизонтального (фиг.2) положения оси ВС контейнера 2. Ступенчатый фланец 5 может быть обращен как вверх для элементов пола (фиг.4), так и вниз для потолочных элементов (фиг.1). Отклонение оси контейнера 2 от вертикального, горизонтального или третьего заданного направления может составлять до 10°, что легко обеспечивается при проведении строительно-монтажных работ без применения специальных приборов.

Установку контейнера 2 в тело железобетонной строительной конструкции целесообразно производить до бетонирования, применяя анкера 6 (фиг. 1-4) для крепления к арматуре или опалубке, что после бетонирования обеспечит надежное замоноличи- ванйе и исключит вибрации. Если на поверхности железобетонной конструкции предусмотрена металлоизоляция 7 (фиг.З). то необходимо предусмотреть зазор между краем выреза в ней и трубкой 3 контейнера по всему периметру с целью исключения влияния вибраций металлоизоляции 7.

Длина контейнера 2 (стальной трубы 3) может выбираться разной в зависимости от места и условий установки (на наклонных поверхностях - длиннее), а внутренний диаметр трубы 3 должен обеспечивать размещение в ней блока с датчиками, принимая

во внимание возможность определенного его перемещения при установке.

Крепление контейнера 2 к металлической конструкции (фиг.4) осуществляют приваркой в двух уровнях (в уровне днища и в 5 уровне около фланца) во всему периметру. Возможно применение каких-либо мощных стальных накладок.

Во внутренний цилиндрический уступ 10 ступенчатого фланца 5 на его нижнюю ступень 8 устанавливается жесткий круглый металлический диск 9, который за счет зазора с краем верхней ступени 10 имеет возможность поворота в своей плоскости. Диск

5 9 снабжен устройством ориентации относительно плоскости фланца 5, которое состоит из трех (или более) винтов 1;1, вворачиваемых в диск 9 и упираемых в нижнюю ступень 8 фланца 5. Устройство ориентации пред0 назначено для установки диска 9 в строго вертикальную (с помощью отвеса) или в строго горизонтальную (с помощью уровня) плоскость (фланец 5 отклонен от этого положения до 10° вследствие неточности уста5 нрвки контейнера 2 при монтаже строительных конструкций).

Диск 9 жестко крепится к фланцу 5 (и всему контейнеру 2) посредством установки на него металлического (стального) прижим0 ного кольца 12, притягиваемого к наружной верхней ступени 10 тремя или более болтами 1-3. Внутренний диаметр прижимного кольца 12 выбирается так, чтобы обеспечить надежное опирание кольца по краю диска 9

5 по всему контуру, а наружный диаметр целесообразно выбрать равным внешнему диаметру фланца 5.

К внутренней стороне диска 9 жестко закрепляется, преимущественно на болтах

0 14, обращенный внутрь контейнера 2 блок 15 с вертикальным 16 и горизонтальным 17 датчиками скорости, с вертикальным 18 и горизонтальным 19 датчиками ускорения. Блок 15 с целью исключения вибраций вы5 полняется цельнометаллическим, преимущественно из дюралюминия. Для установки . указанных датчиков предусмотрены две пары взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с соответствующей

0 резьбой: отверстия 20 и 21 для датчиков скорости и отверстия 22 и 23 для датчиков ускорения взаимно перпендикулярны; отверстия 20 и 22 и отверстия 21 и 23 попарно

5 параллельны. Оси вертикальных отверстий 20 и 22 (и датчики 16 и 18) перпендикулярны плоскости блока 15, соприкасающейся с плоскостью диска 9, а следовательно, перпендикулярны плоскости диска 9. Отверстия 21 и 23 (и датчиков 17 и 19) параллельны плоскости диска 9.

Поскольку блок 15 выполняется в заводских условиях с высокой точностью, перпендикулярность и параллельность указанных отверстий между собой и относительно плоскости диски 9 строго обеспечена.

Датчики скорости ЖИС могут крепиться к блоку 15 при помощи двух гаек 24 (датчик 17), вворачиваемых с двух сторон в отверстие. Они могут крепиться также в глухом отверстии (отверстие 20) с помощью одной гайки 24 (датчик 16). В обоих вариантах датчик закреплен (зажат) с двух сторон, что резко снижает вибрации по сравнению с консольным вариантом и способствует существенному повышению точности измерений. Монтажные провода 25 от датчиков выводятся в отверстие в гайке 24 (датчик 17) или в отверстие в блоке 15 (датчик 16).

Для вывода монтажных проводов 25 от датчиков из контейнера 2 в диске 9 имеются отверстия, снабженные на наружной поверхности его цанговыми зажимами 26 для предотвращения обрыва при сильных динамических воздействиях (больших ускорениях).

После установки блока 15с датчиками в контейнер 2, вывода диска 9 с помощью устройства ориентации в горизонтальное (вертикальное) положение и закрепления прижимного кольца 12 свободное пространство внутри контейнера 2 с целью предотв- ращения возможных вибраций (и искажений в показаниях датчиков) может заполняться через штуцер 27 вяжущим материалом 28, например, цементно-песча- ным раствором, эпоксидной смолой, жидким стеклом с отвердителем или т.п.

Предложенное устройство работает следующим образом.

В строительную конструкцию 1 (фиг.1- 4) в период строительно-монтажных работ в вертикальное или горизонтальное положение с точностью до 10° монтируется контейнер 2 (стальная труба 3 с днищем 4 и ступенчатым фланцем 5).

В период монтажа системы измерений . к блоку 15 крепятся датчики скорости 16,17 и ускорения 18,19. Эти операции по креплению датчиков можно осуществлять как в полевых условиях, так и в лабораторных (заранее). При этом цельнометаллический блок 15 можно изготовить под любые датчики скорости и ускорения; важно соблюдать взаимную перпендикулярность и попарную параллельность отверстий для их крепления к блоку (следовательно, и осей чувствительности соответствующих датчиков), а также перпендикулярность двух из указанных отверстий плоскости блока 15, соприкасающейся с плоскостью диска 9, и надежную

жесткость и прочность крепления. На фиг.5 показан вариант компоновки блока 15 для датчиков скорости ЖИС и датчиков ускорения типа АП-12.

Блок 15 надежно закрепляется преимущественно с помощью нескольких болтов 14 к диску 9, при этом монтажные провода 25 от датчиков 16-19 выводятся в отверстия в диске 9 через цанговые зажимы 26 и зажимаются. Если провода намного тоньше, чем отверстия в зажиме, то можно использовать жгут из какого-либо упругого герметика (мягкой резины и т.п.) и в один зажим пропускать несколько проводов.

Затем диск 9 с блоком 15 устанавливается в контейнер 2 (фиг.5) блоком 15 внутрь контейнера, а диском 9 в уступ фланца 5 на его нижнюю ступень 8. После этого целесообразно установить прижимное кольцо 12

на болтах 13, не затягивая их. Это необходимо в случае расположения контейнера 2 фланцем 5 вниз (фиг.1) и фланцем в вертикальной плоскости (ф.иг.2,3) для того, чтобы при ориентации диска 9 с блоком 15 они

самопроизвольно не выпадали из контейнера 2.

Далее производится установка блока 15 с датчиками в требуемое положение, т.е. таким образом, чтобы два отверстиями датчика) были вертикальны (например, отверстия 21 и 23 в положениях контейнера на фиг.2 и 3 или отверстия 20 и 22 в положениях контейнера на фиг,1 и 4), а другие два отверстия (и датчика) - горизонтальны (отверстия

20 и 22 в положениях контейнера на фиг.2 и или 3 отверстия 21 и 23 в положениях контейнера на фиг.1 и 4). Кроме того, во всех случаях горизонтальные отверстия (и датчики) должны быть направлены в заданном

направлении в горизонтальной плоскости. Как правило это направление (третье в пространственных координатах) задается от точки установки датчика на точку источника динамического воздействия или же соответствует пересечению горизонтальной плоскости (где находится ось горизонтального датчика) с плоскостью поперечного сечения протяженного сооружения.

В случае вертикального расположения

контейнера 2 (фиг.1,4) установка блока 15 производится следующим образом.

Пока болты 13 на затянуты, путем поворота диска 9 в своей плоскости производится установка осей горизонтальных (в этом

случае) датчиков 17 и 19 в заданном третьем направлении в горизонтальной плоскости. Для ориентации в этом случае можно использовать выступающие наружу из диска 9 головки болтов 14 (фиг.5, вид сверху), но в этом случае линия, их соединяющая, должна

быть параллельна осям отверстий 21 и 23; к этим болтам (а с точки зрения геометрии и к болту 15) можно также закрепить какое-либо прицельное приспособление (мушку и пластинку с прорезью) и использовать его, Можно также на диске 9 в заводских условиях нанести две взаимно перпендикулярных линии (бороздки), одна из которых должна быть параллельна осям датчиков 17 и 19 и ориентировать диск 9 (и блок 15) по ним. После этого посредством вращения трех болтов 11 устройства ориентации производится, например с помощью пузырькового уровня, установка диска 9 (а следовательно и датчиков 17 и 19) в строго горизонтальное положение. Для контейнера, расположенного фланцем 5 (фиг.1), целесообразно использовать специальную магнитную полочку с зеркальцем, устанавливаемую на диск 9 снизу, на которой можно размещать уровень.

В случае горизонтального расположения контейнера (фиг.2,3) установка блока 15 производится следующим образом.

Путем поворота диска 9 в своей плоскости по отвесу, ориентируясь на головки болтов 11 или на другие специально предусмотренные ориентиры, оси отверстий 21 и 23 (и датчиков 17 и 1.9) выводятся в вертикальную плоскость (но пока еще не в вертикальное положение), направленную приблизительно по оси ВС контейнера. Затем путем вращения винтов 11 устройства ориентации производится установка диска 9 таким образом, чтобы последний строго встал в вертикальную плоскость (по отвесу), а оси отверстий 20 и 22 (и датчиков 16 и 18), оказавшиеся при этом строго в горизонтальной плоскости, были направлены в заданном направлении (например, на источник динамического воздействия), для чего можно использовать специально вворачиваемый в блок 15 через отверстие в диске 9 стержень (его ось должна быть параллельна осам отверстий 20 и 22).

Если же контейнер 2 расположен фланцем вниз (фиг.1) или вертикально (фиг.2,3), вращение болтов 11 при установке диска 9 в горизонтальное или вертикальное положение необходимо сопровождать соответствую ющим подтягиванием или отпусканием болтов 13 крепления прижимного кольца 12, так как под собственным весом диск с контейнером отходит от фланца 5.

После установки блока 15 плоскость диска 9 будет отклонена от плоскости фланца 5 на определенный угол а (фиг.1-3), который по существу будет равен углу, соответствующему неточной установке контейнера

при проведении строительно-монтажных работ.

После установки блока 15 с датчиками с высокой точностью в требуемое положение о производится установка прижимного кольца 12 и надежное его притягивание к фланцу

5болтами 13. Поскольку опирание диска 9 на нижнюю ступень 8 фланца 5 происходит по болтам 11, то для более надежного опи0 рания (уменьшения пролета) и исключения вибраций при динамическом воздействии к трем болтам 11 устройства ориентации целесообразно добавить, разместив между нимит1о окружности того же диаметра, еще

5 несколько болтов (три или шесть), закрутив их и уперев в нижнюю ступень 8 после притягивания прижимного кольца 12(фиг,1, вид сверху). Это будет способствовать также удобству установки диска 9 в требуемые по0 ложения, так как из большего количества винтов 11 для ориентации оператору можно выбрать три из них, наиболее доступные и удобно расположенные.

После проведения указанных операций

5 и подключения монтажных проводов к усилителям, регистраторам и т.д. устройство готово к измерению кинематических параметров движения строительной конструкции. При этом с высокой точностью

0 вертикальные датчики находятся в вертикальном положении, а горизонтальные - в горизонтальном и направлены в заданном направлении, что обеспечивает высокую точность измерений. При необходимости

5 блок с датчиками можно демонтировать из контейнера и использовать повторно на других объектах испытаний, не говоря уже

06использовании при повторных нагруже- ниях той же строительной конструкции. При

0 этом следует отметить, что если при первом нагружении строительная конструкция получила большие остаточные смещения (повороты), то предложенное устройство позволяет скорректировать положение бло5 ка 15 (устройством ориентации и поворотом диска 9 в своей плоскости) в соответствии с задачей эксперимента и с высокой точностью измерить кинематические параметры движения при втором (и

0 т.д.) нагружении.

Для более надежного исключения вибраций и крепления датчиков к строительной конструкции, особенно при сильных динамических воздействиях, пространство внут5 ри контейнера можно заполнять вяжущим

материалом 28 (фиг .5), который закачивается в контейнер 2 через штуцер 27. После затвердевания вяжущего материала 28 строительная конструкция 1, контейнер 2, блок 15 и датчики 16,17,18,19 практически

представляют собой единое целое, что исключает любые вибрации и обеспечивает высокую точность измерений и достоверность результатов. Однако в этом случае датчики и блок невозможно демонтировать и использовать на других объектах испытаний.

При динамическом воздействии устройство работает следующим образом

Строительная конструкция под действием динамической нагрузки приходит в движение, характеризуемое (помимо других параметров) скоростью и ускорением своих отдельных точек (элементов). Контейнеры 2 (устанавливаемые как .правило в характерных точках) исходя из опыта теоретических и экспериментальных исследований) вместе с жестко и надежно закрепленными блоками, датчиками и т.д. приобретают те же величины скоростей и ускорений, что и строительная конструкция. При этом все описанные элементы устройства и его конструктивные особенности исключают (или сводят до минимума) влияние неточностей установки датчиков в требуемые положения, а также помехи от вибраций. Сигналы от датчиков посредством принятой системы измерений усиливаются с помощью усилителей и регистрируются с помощью регистраторов (осциллографов, магнитографов и т.п.).,

Формула изобретения

измерения кинематических параметров

движения преимущественно строительной

конструкции при динамическом воздействии, содержащее контейнер с узлом крепления датчиков скорости и ускорения, о т л и- чающееся тем, что, с целью увеличения надежности крепления и повышения точности измерений и удобства монтажа датчиков, узел крепления датчиков выполнен в виде установленного в контейнере блока с механизмом его ориентации относительно блока и прижимным кольцом, причем контейнер выполнен в виде трубы с днищем на одном конце и ступенчатым фланцем на другом, а механизм ориентации - в виде установленного с возможностью поворота на нижней ступени фланца и прикрепленного к

блоку жесткого диска с по крайней мере тремя регулировочными винтами, взаимодействующими с нижней ступенью фланца, при этом прижимное кольцо закреплено на наружной верхней ступени фланца по крайней мере в трех точках, а блок выполнен жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой для крепления датчиков, причем в каждой паре ось одного из отверстий перпендикулярна плоскости диска.

3.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что свободное пространство контейнера заполнено вяжущим материалом, преимущественно цементно-песчаным раствором или эпоксидной смолой, а в диске выполнено отверстие для нагнетания с наружной стороны через штуцер вяжущего материала.