УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКА ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТА Советский патент 2006 года по МПК G01B7/24 

Предлагаемое изобретение относится к области геофизических исследований и предназначено для калибровки датчиков деформации грунта, устанавливаемых в зонах динамического деформирования грунта от воздействия сейсмовзрывных волн от крупномодельных взрывов.

В настоящее время деформацию грунта при производстве взрывов исследуют с использованием устройств, содержащих две катушки взаимоиндуктивности, связанные с генератором и регистрирующей сигналы аппаратурой (см., например, устройство по авт.св. №1840327 кл. G 01 В 7/24 - 77 г.).

Перед измерениями катушки помещаются в измерительную скважину, пространство между ними заполняется грунтом с его уплотнением и делается забивка из грунтоцементного раствора.

При воздействии сейсмовзрывных волн, вызванных подземными взрывами, происходит относительное смещение катушек пропорционально деформации грунта, что приводит к выработке сигнала, который регистрируется аппаратурой, установленной в специальном приборном сооружении. Результаты (записи) измерений сравнивают с калибровочными графиками, снимаемыми в лабораторных условиях и из сравнительного анализа судят о величине деформации грунта. На калибровочных графиках воспроизводится изменение величины выходного сигнала, например тока, в зависимости от изменения расстояния между катушками.

Для осуществления калибровки датчиков, указанного типа, известен прибор, описанный в работе: L.F.Ingram «Miscellaneus paper N1-885 Instrumentation for earth stresses and mations praduced by explosions». April 1967, с. 8-9. Описанный в этой работе прибор содержит основание с вертикальными стойками, в верхней части стоек соосно выполнены сквозные отверстия, через которые проходят стержни. На внутренних концах стержней находятся измерительные катушки дискового очертания. Один стержень закреплен в стойке неподвижно, а другой связан с микрометрическим винтом и может продольно перемещаться. Вращая микрометрический винт, изменяют расстояние между катушками, это изменение преобразуется в электрический сигнал, который регистрируется.

Недостаток этого прибора в том, что он не обеспечивает достаточной точности калибровки датчиков деформации грунта, так как снимаемый сигнал зависит от коэффициента диэлектрической проницаемости материала между катушками, который для воздуха и грунта не одинаков.

Известно также устройство для калибровки датчиков деформации грунта (см. статью By Artur E.Lord, Ir,¹ and Robert M.Koerner,² Modified Soil strain Gage «J.Weotechn. Eng. Div. Prog. Amer. Soc. Civ. End.» 1977. vol 103, №7, M. ASCE.), которое выбрано в качестве прототипа. Это устройство включает жесткую раму, цилиндрическую емкость открытую по торцам с образцом грунта.

К грунту прилегают измерительные катушки в виде дисков. Одна катушка снабжена узлом для ее перемещения вдоль горизонтальной оси. Катушки связаны с регистрирующей аппаратурой.

Это устройство позволяет производить только однократную калибровку на сжатие одной пробы грунта. Оно не обеспечивает калибровку при деформации грунта, если объем его увеличивается, т.е. при разгрузке. То есть при отведении подвижной катушки от испытуемого грунта образуется воздушный зазор, имеющий коэффициент диэлектрической проницаемости отличный от грунта, что искажает снимаемый сигнал.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности калибровки датчиков деформации грунта.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено узлом вертикального перемещения подвижной катушки, а катушка покрыта оболочкой из упруго-деформируемого материала, имеющего коэффициент диэлектрической проницаемости близкий к грунту, а толщину не менее прогнозируемой величины деформации грунта.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже. Устройство содержит основание 1 со стойками 2 и 3, съемную цилиндрическую емкость 4 для образца грунта 5. По торцам емкости установлены катушки - подвижная 6 и неподвижная 7, являющиеся измерительными элементами и подключенные к регистрирующей аппаратуре 8. Стойка 2 снабжена узлом вертикального перемещения подвижной катушки 6. Этот узел содержит корпус 9, регулировочный винт 10, направляющую 11 со шкалой 12 отсчета величины вертикального перемещения катушки 6.

Корпус 9 снабжен микрометрическим узлом 13 для горизонтального перемещения подвижной катушки.

Катушки выполнены в виде дисков чечевицеобразной формы и соединены со стойками 2 и 3 при помощи жестких стержней 14.

Подвижная катушка 6 закрыта оболочкой 15 из упруго-деформируемого материала.

Перед измерениями в цилиндрическую емкость 4 помещают образец грунта 5, вводят соосно катушки 6, 7 до соприкосновения с грунтом и некоторой деформацией оболочки 15.

Расстояние между дисками является базой измерения.

Перемещают подвижную катушку 6 вдоль горизонтальной оси. При этом упругая оболочка сжимается, а расстояние L изменяется. При изменении расстояния между катушками будет изменяться величина наведенной ЭДС Е, в катушке 7 пропорционально изменению расстояния.

За счет упругих свойств оболочки 15 обеспечивается возможность производить калибровку многократно как при нагружении грунта, когда расстояние L уменьшается, так и при его разгрузке, когда расстояние L увеличивается.

Вращением винта 10 производят смещение катушки 6 в вертикальной плоскости, при этом оболочка 15 будет деформироваться по обводам катушки. При таком перемещении катушки 6 величина Е также меняется, что и регистрируется аппаратурой 8.

В организации-заявителе разработан опытный образец предлагаемого устройства, который прошел проверку в лабораторных и полевых условиях при калибровке измерителей деформации грунта.

Этот образец имеет следующие технические характеристики:

длина- 250 мм,ширина- 150 мм,высота- 160 мм,расстояние между катушками- 100 мм,

ход подвижной катушки вдоль горизонтальной оси ±10 мм,

ход подвижной катушки в вертикальной плоскости ±10 мм.

Преимущество заявляемого устройства по сравнению с известными (прототипом и базовым) в том, что оно обеспечивает многократную калибровку датчиков на одном образце грунта при его нагружении и разгрузке, а также обеспечивает снятие сигнала при сдвиге катушек в вертикальной плоскости.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение достоверности калибровки датчиков деформации грунта за счет того, что исключает воздушные зазоры между дисками катушек датчика и грунтом как при нагружении, так и при разгрузке грунта, что соответствует натурным условиям измерений деформации грунта.

Устройство для калибровки датчика деформации грунта включает в себя раму, открытую по торцам цилиндрическую емкость с образцом грунта, катушки взаимоиндуктивности, заключенные в корпус в виде диска чечевицеобразной формы, узел горизонтального перемещения одной из катушек и регистратор сигнала. Также в устройство введен узел вертикального перемещения подвижной катушки. Катушка закрыта оболочкой из упруго-деформируемого материала, имеющего коэффициент диэлектрической проницаемости близкий к грунту и толщину не менее прогнозируемой деформации грунта. Технический результат - повышение точности калибровки датчиков деформации грунта. 1 ил.

Устройство для калибровки датчика деформации грунта, содержащее цилиндрическую емкость и установленные на ее концах катушки взаимоиндуктивности, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, по крайней мере одна из указанных катушек покрыта оболочкой из упруго-деформируемого материала, имеющего коэффициент диэлектрической проницаемости близкий к грунту и толщину более прогнозируемой его деформации.