Устройство для определения угла наклона Советский патент 1980 года по МПК G01C9/18 E21B47/02 

1

Изобретение относится к области приборостроения , а именно к приборам для измерения углов наклона, основанных на гидростатистике и предназначен- ; ных преимущественно для измерения нак-5 лонов массива грунта и сооружений, подверженных воздействию сейсмических волн от взрывов или землетрясений.

Известно, что при землетрясениях и взрывах грунт и сооружения, заглуб- Ю ленные в нем и находящиеся на поверхности, приходят в движение, которое происходит как в период прохождения сейсмовзрывных волн, так и в течение длительного времени после взрыва. Это{5 движение является сложным процессом, вызываняцим линейные перемещения, азимутальные развороты и наклоны массива грунта относительно вертикали.

Известно устройство для измерения 20 углов наклона, содержащее цилиндрический корпус, на верхнем основании которого на шарнире укреплен маятник, соединенный помощи гибкого элемента, проходящего через направлякмдее отвер-25 стие, с сердечником, установленным в осевом отверстии катушки индуктивного преобразователя. При наклонах корпуса маятник стремится сохранить отвесное положение и посредством гиб-30

кого элемента перемещает сердечник, что приводит к выдаче сигнала ЗНедостатками этого устройства является то, что в нем не предусмотрено демпфирование колебаний маятника и с помощью его «не предусмотрены измерения наклона при значительных динамических нагрузках (до десятков д), что имеет место особенно при взрывах. Известны маятниковые уровни, в которых дЛя предохранения от ударов и торможения подвижных частей используют каплю вязкой жидкости. Благодаря поверхностному натяжению на расстоянии меньшем, чем размер капли, жидкость связывает две поверхности, которые перемещаются одна относительно другой. В этих приборах стержень маятника подвешен на пяти тонких нитях, что повышает удароустойчивость преобразователя 2.1.

Однако и эти приборы ненадежны при работе в условиях динамических перегрузок, вызываемых взрывом, так как при сложном движении грунта нити могут перекручиваться, что внесет значительные искажения при измерении наклонов. Кроме того, они не позволяют производить измерения в нес(кольких направлениях.

Для определения ориентации относительно вертикали тела, закрепленного в грунте в двух взаимно перпендиклярных плоскостях, известны приборы, которые содержат один или два маятнка,качающиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый маятник содержит магнит, взаимодействующий с

датчиком Холла, который выдает сигнал в функции направления колебаний маятника з.

Эти приборы неустойчивы и ненадежны в работе при больших динамических нагрузках и не предназначены для установки на больших глубинах при измерениях наклонов грунта. Кроме того, они имеют большое время затухания колебаний маятника и недостаточную разрешакщую способность. ,

Известен уровень, в герметичном корпусе которого залита жидкость -и расположены четыре изолированных сектора из магнитопроводящего материала, равномерно расположенных по окружности вокруг подвешенного на прволоке маятника. Против каждого сектора помещен магнитопроводящий сердечник, на который надета катушка с обмоткой. Все четыре катушки закреплены в корпусе прибора. При подаче напряжения на сектора каждая пара диаметрально расположенных сердечников со своими обмотками будет работать, как дифференциальный трансформатор. При наклоне маятника трансформатор выдает сигнал, пропорциональный углу и напряжению наклона 4,

В данном приборе жидкость служит для демпфирования маятника. При этом подъемная сила жидкости не влияет на время затухания колебаний маятника.

Подвеска маятника на проволоке снижает достоверность и надежность измерений при динамических нагрузках, так как при азимутальных разворотах грунта возможно прижатие сердечников маятника к стенкам. ,

Наиболее- близким по технической сущности и достигаемому результату является гидростатический датчик угла наклона, который содержит : заполненный жидкостью закрытый резервуар и поплавок, полностью пог-ружейный в жидкость. Поплавок подвешен на гибком элементе. Шарнир подвески маятника расположен в нижней части резервуара, отделенной от него эластичной диафрагмой 5.

Съем информации о положении поплавка относительно корпуса осуществляется дистанционно за счет того, что при наклоне корпуса поплавок под действием подъемной силы отклоняется относительно его и при определенном угле наклона нижний конец подвески маятника замыкает контакт.

Недостатком этого прибора является то, что он является предельным и

не дает информации о динамике наклона.

Кроме того, при взрывах элемент подвески маятника также, как и в предыдущих приборах имеет возможност закручиваться и искажать тем самым достоверность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений наклонов грунтового массива и сооружений в условиях динамических нагрузок.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения угла наклона, имеющем корпус заполненный жидкостью, поплавок, полностью погруженный в жидкость, подвеску поплавка, преобразователь и систему для дистанционного съема информации, поплавок выполнен в виде пустотелого конуса, вершина которого связана с основанием корпуса пр помощи двухстепенного шарнира, а в верхней частипоплавка укреплена кретовина, стержни которой,выполненные из ферромагнитного материала,входят в осевые отверстия катушек,расположеных в корпусе и обра,рующих со стержнями индуктивный преобразователь.

Ферромагнитные сердечники,связанные с крестовиной, установленной на основании поплавка и входящие в осевые отверстия катушек,образуют индуктивный преобразователь, обеспечивающий непрерывный съем информации об углах и направлении наклона в динамике по всему диапазону.

Выполнение поплавка в виде конуса обеспечивает увеличение восстанавливающего момента поплавка, за счет поднятия его центра тяжести, что приводит к более быстрому успокоению полавка и способствует повышению точности измерений.

Важным фактором при измерении наклонов по глубине грунтового массива с использованием приборных скважин является соответствие объемных весов измерительного прибора и грунта, в котором он установлен так как чем больше эта разница, тем больше вероятность сдвига прибора относительно грунта за счет сил инерции во время взрыва, что снижает точность измерений. Поэтому для снижения общего веса прибора и выравнивания тем самым объемных весов прибора и грунта без увеличения габаритов прибора в данном случае поплавок выполнен пустотелым по всей длине из прочного устойчивого к намоканию материала.

Закрепление поплавка с помощью /двухстепенного шарнира предотвращает вращение его вокруг вертикальной оси при взрыве и предотвращает прижи подвижных элементов преобразователя к стенкам катушек, а также позволяет производить измерения в двух направлениях.

На фиг.1 изображено предлагаемое (.устройство, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1,

Устройство содержит корпус 1, поплавок 2, шарнир 3 и катушки индуктивности 4, С поплавком связана крестовина 5, с которой соединены стержни б индуктивного преобразователя, вВполненные из ферромагнитного материала. Верхняя часть корпуса заканчивается прозрачной сферической формы пробкой 7, под которой находится пузырек 8. С их помощью обеспечивается юстировка маятника при установке устройства на сооружении. Верхняя часть корпуса закрыта крыикой 9, крепящейся болтом 10.

Выводы от катушек индуктивности выполнены через герметичный разъем 11 и соединены кабалем 12 с регистрирующей аппаратурой. Внутри корпуса залита жидкость 13.

Поплавок 2 выполнен конусным и соединен вершиной с основанием корпуса через двухступенной шарнир 3, который позволяет поплавку наклоняться по двум перпендикулярным направлениям относительно вертикгшьной оси.

Стержни 6 входят в осевые отверстия закрепленных на корпусе катушек индуктивности 4 и являются подвижным элементом преобразователя.

Для закрепления датчика на сооружении предусмотрена резьбовая часть 14. Для .измерения наклонов в глубине массива устройство опускают в приборную скваж1«1у на жесткой штанге из звеньев труб, которая при помсмци специального отцепа крепитця к переходнику 15 на крЕлике устройства, После опускания его заливают грунтоцементным раствором, у которого свойства после отвердевания близки с окружающим грунтом.

При наклоне грунта или сооружения, что имеет место при взрыве, корпус 1 наклоняется, при этом подъемная сила жидкости, воздействуя на поплавок 2, отклоняет его в противоположную сторону относительно корпуса, а стержни б меняют свое положение относительно катушек 4, изJ меняя тем самым индуктивность пропорционально углу наклона, что и фиксируется регистрирующей аппаратурой.

Формула изобретения

10

Устройство для определения угла наклона, содержгицее заполненный жидкостью корпус, погруженный полностью в жидкость поплавок на подвеске, пре«5образователь и систему для дистанционного съема информации о полот ении поплавка относительно корпуса, отличающееся тем, что, с целью повьаиеиия точности измерений в условиях

20 динамических нагрузок, поплавок выполнен в виде пустотелого конуса, вершина которого связана с основанием корпуса при помощи двууступенного шарнира, а в верхней части поплавка на основании укреплена крестовина, стерж,ни которой выполнены из ферромагнитного материала и входят в осевые отверстия катушек, расположенных в корпусе и образующих со стержнями ин30 дуктйвный преобразователь.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Патент Японии 46-21212, 35 кл. М Л3.1, 1971.

2.Патент Великобритании 3081552 кл. 61 F, 1970.

3.Заявка Франции 2134466, кл. Е 21 в 47/00, 1970.

4. Патент Великобритании № 965347 кл. G 1 N, 19.63.

5. Авторскоесвиде-гельство СССР I 188046, кл. G qi С 9/18, I960 (прототип) .