Способ контроля состояния длинномерного объекта Советский патент 1993 года по МПК G01B15/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее, к контрол.ю параметров длинномерных конструкций цилиндрической формы, к которым относятся трубопроводы, гибкие шланги, бурильные и водоотделяющие колонны, тросы, силовые и информационные кабели, балки, строительные конструкции, мачтовые и башенные сооружения, и является усовершенствованием известного способа контроля состояния длинномерного объекта, описанного в авт.св.СССР N 1742615.

Цель дополнительного изобретения - повышение селективности и точности контроля состояния цилиндрической конструкции за счет раздельного определения

распределения кривизны и кручения вдоль оси конструкции и исключения погрешностей, связанных с взаимным влиянием указанных деформаций друг на друга.

На фиг.1 приведена схема реализации способа; на фиг.2 и 3 показаны элементы трубопровода, соответственно, при наличии чистого изгиба и чистого кручения; на фиг.4 и 5 - эпюры кривизны в поперечном сечении элементов трубопровода соответственно при чистом изгибе и чистом кручении.

Схема реализации способа включает . длинномерную цилиндрическую конструкцию, например,трубопровод 1 и устройство контроля с тремя волноводами 2, установленными по образующим трубопровода 1 и

Х|

ю

XI О

го

ю

выходами, подключенными к блоку 3 обработки информации через последовательно соединенные пространственный фильтр 4 и демодулятор 5 каждый. На вход каждого волновода 2 подключен модулятор б, содер- жащий последовательно соединенные генератор 7 и пространственный фильтр 8, к выходу которого подключено устройство 9 отображения.

Для. пояснения сущности заявленного технического решения необходимо установить минимальное необходимое число измерительных волноводных линий и требования к их размещению на поверхности цилиндрической длинномерной конструкции.

На основе известных положений дифференциальной геометрии и теоремы Менье в случае чистого изгиба кривизна К| (/) образующей линии цилиндрической длинномерной конструкции в сечении с па- раметром Si(S - дуговая координата осевой .линии) выражается при условии d«Ri формулой

При одновременном наличии изгиба и кручения конструкции будет иметь место выражение для кривизны образующей при угле

Ki(y)K0+Ki cos sin (p .

(5)

Это следует из того, что при чистом кручении кривизна для всех образующих будет постоянной, т.е. не зависит от (р, а при отсутствии кручения определяемся формулой (2).

Отсюда при условии К|(уъ)К0. определяется угол ро, характеризующий сечение, на котором вклад в кручение образующей обуславливается только кручением поверхности цилиндра вокруг оси.

Это приводит к соотношению

«1 COS (fio+Kl Sin ,. ,

которое верно при

У /

Kl KNi Sin ро И COS p,

K(0°,S), K(120°, S), K(240°, S)-соответственно, распределения кривизны, измеренные с помощью волноводов 2, которые устанавливают по трем образующим цилиндрической поверхности конструкции под углом 120°.

Работа каждого волновода 2, включающего один опорный и один измерительный каналы, осуществляется следующим образом, После жесткого закрепления волновода 2 вдоль образующих протяженной цилиндрической конструкции (трубопровода 1) равномерно по ее периметру (под углом 120°) производится возбуждение через входной пространственный фильтр 8 его опорного канала на входе сигналом конеч- ной длительности, например, в оптическом диапазоне. Этот сигнал, распространяясь вдоль волновода 2, возбуждает измерительные каналы за счет связи между модами каналов, которая функционально зависит от распределения измеряемой кривизны образующей цилиндрической конструкции, а следовательно/и кривизны самого волновода 2. Тем самым осуществляется пространственная модуляция опорного и измерительного сигналов. За счет разности фазовых и групповых скоростей мод опорного и измерительного каналов на выходе волновода получается временная модуляция сигналов. Выделенный на выходе вол- новода 2 сигнал, характеризующий распределение кривизны вдоль волновода 2, через распределительный пространственный фильтр 4 и демодулятор 5 поступает на блок 3 обработки информации, который осуществляет указанные выше преобразования. На выходе блока 3 обработки могут быть подключены различные сигнальные и исполнительные устройства или. например, видеотермина льное устройство 9 отображения геометрии оси трубопровода 1 в пространстве.

Таким образом, установка по крайней мере трех измерительных волноводов 2 и обработка по определенной зависимости информации с их выходов указанным выше путем позволяет селективно определить распределения кривизны и кручения вдоль оси цилиндрической длинномерной конструкции, а также, в отличие от известных способов, повысить точность измерения этих видов деформаций за счет исключения погрешностей, связанных с взаимным влиянием деформаций друг на друга при организации их измерений.

Формула изобретения

Способ контроля состояния длинномерного объекта по авт.св. Nfe 1742615. о т- личающийся тем, что, с целью повышения селективности и точности контроля состояния цилиндрической конструкции дополнительно используют (п-1) идентичных первому волноводу, все п волноводов закрепляют вдоль образующих цилиндрической конструкции равномерно по периметру ее основания, для каждого волновода по сигналам с его выхода определяют распределения кривизны вдоль образующей конструкции, а в качестве физико-механических данных о состоянии конструкции используют кривизну оси ЦИ/1ИНД- рые определяют как функции определенных рической конструкции и ее кручение, кото- распределений кривизны.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к.контролю параметров длинномерных конструкций цилиндрической формы, к которым относятся трубопроводы, гибкие шланги, бурильные, и водоотводящие колонны, тросы, силовые и информационные кабели, балки, строительные конструкции, мачтовые и башенные сооружения. Целью изобретения является селективное определение видов деформации осевой линии цилиндрической длинномерной конструкции при одновременном повышении точности измерения распределений кривизны и кручения. Поставленная цель достигается тем, что вдоль поверхности конструкции по образующим размещают не менее трех измерительных волноводных линий, закрепляют их.на поверхности недеформированной конструкции равномерно по ее периметру, а кривизну и кручение осевой линии при установке трех измерительных линий определяют по измеренным ЕОЛНОВОДНЫМИ линиями распределениям кривизны по трем образующим цилиндрической конструкции. 5 ил. СП с

Фиг Л

Фиг.З

Фи г, 5