Устройство для измерения деформаций льда Советский патент 1992 года по МПК G01N25/16 G01B5/30 

Изобретение относится к измерениям относительных деформаций,-возникающих во льду в результате естественных и технических нагрузок.

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

С целью исключения влияния на показания приборов Метеорологических факторов, известные деформографы как правило, устанавливаются в специально оборудованных шахтах, где влияние изменений температуры воздуха на кварцевую штангу - основной элемент прибора, ничтожно и практически

никак не сказывается на показаниях последнего.

Ближайшим техническим решением является устройство для измерения деформаций льда, содержащее постамент, предназначенный для закрепления со льдом, кварцевую штангу, один конец которой взаимосвязан с постаментом, стойку, предназначенную для закрепления со льдом, расположенный у второго конца штанги термокомпенсационный шток, одним концом жестко связанный со стойкой, и параметрический преобразователь перемещений штанги, размещенный на втором конце термокомпенсационного штока.

Применение термокомпенсационного штока позволяет использовать кварцевый

00 00 00

деформометр в условиях значительных температурных перепадов, например, на дрейфующих и припайных льдах. Тем не менее, устройство обладает следующими 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 рез при контроле чувствительности деформометра необходимо прерывать его работу. После чего нужно заново проводить настройку и калибровку устройства. Такая процедура приводит к перерывам в получении информации Кроме того, деформомет- ром 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 одновременном определении азимута источника деформирования лЪда и при условии непрерывной работы устройства во время контроля его чувствительности.

Это достигается тем, что устройство дополнительно снабжено второй и третьей кварцевыми 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, основной шток которого можно 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:

Ј| -Ј|

а + ен + 22

COS I

-0,

где деформация в направлении, образующем с осью X произвольно выбранной системой координат X, Y угол р & и Јц - главные деформации (максимальная и минимальная) в направлении главных осей I и II, образующие с осью X углы ро и (ро - я/2) соответственно.

, , 93

2

+-Т- V(ei ъ + О -Јз + (Јз -ei )2

Ј1 + Ј2+Ј3

« з

V§ ,

3 V (ei - & )2 + (Ј2 - Јз )2 + С Јз - Јi f

, УЗ(Ј2-Ј3) 2 61 - Ј2 - Ј3

где Јi, Ј2, Јз - измеренные деформации на каждой штанге.

Гидравлический датчик, в котором используется принцип гидравлического трансформатора, расположен на постаменте и тремя штоками упирается в хомуты с зажатыми в них концами кварцевых труб. Сами хомуты прижимаются четырьмя плоскими пружинами к упорам, жестко скрепленными с постаментом. Четвертый, основной шток, можно вводить в камеру и выводить из нее с помощью микрометрического винта. Гидравлический датчик обеспечивает одновременную подачу сигнала в виде 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 определения 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 датчика, обеспечивающего контроль чувствительности устройства в режиме его работы. X

На фиг.1 представлен вид устройства в разрезе по одной из трех кварцевых штанг. Постамент 1 вморожен вледяной покров, на нем неподвижно установлена плита 2, к которой с помощью болтов 3 крепится гидравлический датчик 4 с регулировочным винтом 5, который упирается в основной шток б

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 шток из трех).

Дополнительный шток упирается в конец кварцевой штанги 11, закрепленной в подвижном хомуте 12. Хомут 12 прижимает- 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. 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 штока 18 закреплен параметрический преобразователь перемещений 19 свободного конца штанги.

На фиг.2 представлен вид сверху постамента с плитой 2, гидравлическим датчиком 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 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 с фиг.1.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Постамент 1 вмораживается в лед. Штанги из кварцевых труб закрепляются в хомутах 12. Свободные концы трех штанг 11 направляются в сторону трех стоек 17 с тремя термокомпенсационными штоками 18 и тремя преобразователями перемещений 19. Свободные вторые концы штанг смещаются относительно льда при расширении и сжатии последнего. Смещения свободных концов трех шганг относительно льда регистрируются с помощью параметрических преобразователей перемещений 19, которые закреплены на термркомпен- сационных штоках 18. Термокомпенсационные штоки позволяют исключить ошибку, возникающую при собственных температурных деформациях штанги. Электрические сигналы с трех преобразователей перемещений поступают на регистрирующую аппаратуру. По этим сигналам определяют главные деформации FI и Јц и азимут деформирования по формулам

Q jLL±SL±eL +

е

3 Че1-а)2+(Ј2-ез)2+(Рз-Ј1)2

Ј1 f Ј2 + ЕЗ

3

2

(Ј1-Ј2)2 + (е2-ез)2+СЈз-Ј1)2

1

где Јi, 82, ез - измеренные деформации на каждой штанге.

Контроль за чувствительностью дефор- мометра осуществляется следующим образом. Основной шток 6 вводится с помощью регулировочного винта 5 в камеру 8 на выбранную величину (например, в случае нашего 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 12с 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 из камеры 8, хомуты 12 плоскими пружинами 13, 20 прижимаются в исходное положение к упорам 14 и на 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 регистрации 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 источника деформирования льда совместно с обеспечением непрерывной работы устройства при контроле его чувствительности, что повышает точность получаемых данных. Это обеспечивается применением трех кварцевых штанг, закрепленных в одном общем основании с помощью подпружиненных хомутов не жестко и расходящихся в горизонтальной плоскости под углами 120° друг относительно друга. Кроме того, применением гидравлического датчика, позволяющего создавать заданный калибровочный сигнал на все три штанги одновременно без прекращения работы устройства.

Макет устройства для изменений деформаций льда был испытан на дрейфующей станции и показал свою надежную работоспособность.

Формула изобретения Устройство для измерения деформаций льда, содержащее постамент, предназначенный для закрепления со льдом, кварцевую штангу, один конец которой взаимосвязан с постаментом, стойку, предназначенную для закрепления со льдом, расположенный у второго конца штанги термокомпенсационный шток, одним концом жестко связанный со стойкой, и параметрический преобразователь перемещения штанги, размещенный на втором конце термокомпенсационного штока, о т л и ч ё- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения

точности измерения деформаций за счет определения и главных деформаций при одновременном определении азимута источника деформирования льда, оно снабжено второй и третьей кварцевыми 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 размещенным на постаменте гидравлическим датчиком, основной шток которого установлен с возможностью перемещения перпендикулярно постаменту, а каждый из трех дополнительных штоков установлен с возможностью перемещения перпендикулярно основному штоку и предназначен дли контактирования с первым концом соответствующей кварцевой штанги, а штанги установлены под углом 120° одна к другой и подпружинены относительно постамента,

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

. / Г / / / / {Г / /

0U8.7

4

15:

п

15

ю

Фм.2