Пристрій для визначення відносної зміни висоти і кута нахилу об’єктів

Пристрій для визначення відносної зміни висоти і кута нахилу об'єктів, який містить датчики, які знаходяться на об'єкті контролю в точках вимірювання і являють собою ємнісний рівнемір з обкладками, причому обкладки є резервуаром системи з'єднувальних посудин і включені в частотнозадавальну ланку, а також генератор і комутатор, який відрізняється тим, що додатково введений лічильник номера давача, вхід якого з'єднаний з першим виходом комутатора, а вихід з'єднаний з першим входом лічильника номера ємності, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом комутатора, перший вихід з'єднаний з пер шим входом запам'ятовуючого блока, а другий вихід з'єднаний з першим входом вимірювача напрямку зміщення, генератор, перший вихід якого з'єднаний з першим входом змішувача частотного сигналу, другий вихід з першим входом блока управління, перетворювач сигналу, вхід якого з'єднаний з виходом змішувача частотного сигналу, перший вихід з'єднаний з входом вимірювача величини зміщення, а другий вихід з'єднаний з другим входом вимірювача напрямку зміщення, запам'ятовуючий блок, вихід якого з'єднаний з входом відеоблока, другий вхід - з виходом вимірювача величини зміщення, третій вхід з'єднаний з виходом вимірювача напрямку зміщення, четвертий вхід - з першим виходом блока управління, другий вихід якого з'єднаний з другим входом комутатора, а другий вхід з'єднаний з другим виходом кварцового генератора, перший вихід якого з'єднаний з другим входом змішувача частотного сигналу Винахід стосується галузі геодезії, а саме для визначення висотних перевищень земної поверхні або споруд, які експлуатуються в нормальних і небезпечних умовах, зокрема, для визначення зміни проектних положень магістральних трубопроводів Відомий пристрій для визначення перевищень, який заключається в тому, що величина перевищень визначається відносно реперної точки (А С СССР №508674М Кл G 01 С 5/04,9/18,1976) Даний пристрій не забезпечує високої точності вимірювання відносних змін рівня точок об'єкта контролю, оскільки до кожної з сполучених посудин з'єднується міліамперметр із власними характеристиками точності, які залежать від навантаження, а величина перезарядки конденсатора залежить від тривалості імпульсів генератора, що приводить до значних похибок вимірювання Відомий пристрій для визначення величини відносної зміни висоти споруд, обладнання та земної поверхні гідростатичним нівелюванням найбільш близький до винаходу за сукупністю ознак, який містить давач, що встановлений в реперній опорній точці об'єкта, п давачів, що встановлені в точках вимірювання зміни рівня об'єкта Кожен давач містить ємнісний рівнемір із зовнішньою і внутрішньою обкладками, причому обкладки є резервуаром системи сполучених посудин ємнісний рівнемір включений в частотозадавальну ланку, наприклад, в С-контур автогенератора, вихід якого відділений від ланки живлення високочастотним дроселем Виходи автогенераторів є виходами давачів системи гідростатичного нівелювання і з'єднані одножильними коаксіальними кабелями з входами комутатора, а вихід автогенератора давача - кабелем з входом частотного детектора, вихід якого з'єднаний із входом індикатора Вихід комутатора з'єднаний з другим входом частотного детектора, а через дросель - з виходом блоку живлення Центральна жила коаксіального кабелю і давача з'єднана з входом блоку живлення через дросель Індикатор є кінцевим блоком пристрою (А С №823861 М Кл 3 G 01 С 5/04 9/22 1981 р ) Даний пристрій не забезпечує високої точності вимірювання величини відносної зміни висоти об' со (О Ю Ю 55634 єктів, які експлуатуються в геологічно складних умовах, зокрема, в гірській місцевості, де відбуваються обвали породи, зсуви ґрунтів і зміни рівня поверхні, де вибір місця розташування реперної точки є ускладненим За допомогою цього пристрою неможливо точно визначити, чи відбулося осідання поверхні, чи лише її нахил, оскільки вся система складає сполучені посудини і при ЗМІНІ рівня рідини в одній з посудин змінюється рівень рідини в посудині, що є в реперній точці, а також неможливо визначати динаміку зміни поверхні об'єкта контролю через шерційність системи Використання перетворювача в реперній точці унеможливлює використання окремо однієї вимірювальної посудини, а тільки цілої системи з'єднувальних посудин Перетворювач, який розміщений в реперній точці, змінює свою ємність, а отже і частоту коливань генератора через зміну рівня рідини хоча б в одному з перетворювачів Частота коливань від інших контролюючих перетворювачів в п точках об'єкта також зміниться Таким чином, частота від перетворювача в реперній точці, що є опорною для решти перетворювачів, змінюється, тобто однозначно не можна встановити, чи відбулося просідання поверхні, чи лише и нахил, оскільки інформативний сигнал є функцією, як мінімум двох змінних - зміни частоти генератора від перетворювача в реперній точці і зміни частоти генератора від хоча б одного з контролюючих перетворювачів Це призводить до неоднозначності результатів контролю, а отже і низької точності визначення зміни висоти об'єкта контролю В основу запропонованого винаходу покладено завдання підвищення точності вимірювання величини відносної зміни висоти об'єктів, які експлуатуються в геологічно складних умовах, зокрема, розробити такий пристрій згідно якого ЄМНІСНІ перетворювачі, що знаходяться в контрольованих точках, є складовою частиною коливального контуру, на якому побудовано генератор коливань, а величина ємності контуру, і його частота, залежать від КІЛЬКОСТІ рідини між обкладками ємнісного конденсатора, який із котушкою індуктивності створюють коливальний контур генератора коливань, а при ЗМІНІ рівня рідини в одній з посудин, які з'єднані в кільце, ВІДПОВІДНО змінюється частота генератора коливань, до якого почергово підключаються ЄМНІСНІ перетворювачі Роль репера відіграє високостабільний кварцовий генератор, частота якого є постійною і який можна встановити в будь-якому МІСЦІ і незалежно від місця знаходження ємнісних перетворювачів в контрольованих точках Частота високостабільного кварцового генератора порівнюється із частотою генератора коливань, до якого почергово підключаються ЄМНІСНІ перетворювачі, що розміщені в контрольованих точках і задають частоту генератора Інформаційним сигналом є різниця частот Af між частотою високостабільного кварцового генератора з частотою fKB і частотою генератора коливань fn, до якого з'єднуються почергово ЄМНІСНІ перетворювачі Af=fKB-fn При настроюванні системи Af рівна "0" При ЗМІНІ рідини між обкладками ємнісного перетворювача змінюється частота Afn генератора коливань і ВІДПОВІДНО Af Якщо частота fn генератора змінюється на однакову величину від кожного із перетворювачів, то значить, об'єкт контролю має осідання, так як fKB залишається завжди постійною Якщо частота fn змінюється за якимось іншим законом, то має місце нахил об'єкта контролю, а динаміку зміни висоти об'єкта контролю можна визначати з дискретністю частоти високостабільного кварцового генератора, оскільки його частота не залежить від часу заспокоювання рідини в перетворювачах При динамічних змінах поверхні об'єкта контролю змінюватиметься рівень рідини в перетворювачах, а отже, мінятиметься за законом зміни поверхні частота генератора коливань Слідкуючи за зміною частоти генератора коливань шляхом опитування перетворювачів і порівнюючи и з частотою високостабільного кварцового генератора дасть змогу підвищити точність вимірювання величини відносної зміни висоти об'єкта чи земної поверхні, отримання інформації про кут нахилу поверхні об'єкта контролю, визначення динамічних змін об'єкта контролю Задача вирішується наступним чином У відомий пристрій, який містить загальні з прототипом ознаки давачі, які знаходяться на об'єкті контролю в точках вимірювання, представляють собою ємнісний рівнемір з обкладками, причому обкладки є резервуаром системи з'єднувальних посудин і включені в частотозадавальну ланку генератора через перший вхід комутатора, додатково вводять лічильник номера давача, вхід якого з'єднаний з першим виходом комутатора, а вихід з'єднаний з першим входом лічильника номера ємності, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом комутатора, а перший вихід з'єднаний з першим входом запам'ятовуючого блоку, а другий вихід з'єднаний з першим входом вимірювача напрямку зміщення, генератора, перший вихід якого з'єднаний з першим входом змішувача частотного сигналу, другий вихід з першим входом блока управління, перетворювача сигналу, вхід якого з'єднаний з виходом змішувача частотного сигналу, а перший вихід з'єднаний з входом вимірювача величини зміщення, другий вихід з'єднаний з другим входом вимірювача напрямку зміщення, запам'ятовуючого блоку, вихід якого з'єднаний з входом відеоблоку, другий вхід з виходом вимірювача величини зміщення, третій вхід з'єднаний з виходом вимірювача напрямку зміщення, четвертий вхід з першим виходом блоку управління, другий вихід якого з'єднаний з другим входом комутатора, другий вхід з'єднаний з другим виходом кварцового генератора, перший вихід якого з'єднаний з другим входом змішувача частотного сигналу Пристрій для визначення відносної зміни висоти і кута нахилу об'єктів містить давачі 1а-1н, які знаходяться на об'єкті контролю в точках вимірювання і представляють собою ємнісний рівнемір з обкладками, причому обкладки є резервуаром системи з'єднувальних посудин і включені в частотозадавальну ланку генератора 3 через перший вхід комутатора 2, лічильник номера давача 4, вхід якого з'єднаний з першим виходом комутатора 2, а вихід з'єднаний з першим входом лічильника номера ємності 6, другий вхід якого з'єднаний з дру 55634 гим виходом комутатора 2, а перший вихід з'єднаний з першим входом запам'ятовуючого блоку 12, а другий вихід з'єднаний з першим входом вимірювача напрямку зміщення 9, генератора 3, перший вихід якого з'єднаний з першим входом змішувача частотного сигналу 5, другий вихід з першим входом блоку управління 11, перетворювача сигналу 8, вхід якого з'єднаний з виходом змішувача частотного сигналу 5, а перший вихід з'єднаний з входом вимірювача величини зміщення 10, другий вихід з'єднаний з другим входом вимірювача напрямку зміщення 9, запам'ятовуючого блоку 12, вихід якого з'єднаний з входом відеоблоку 13, другий вхід з виходом вимірювача величини зміщення 10, третій вхід з'єднаний з виходом вимірювача напрямку зміщення 9, четвертий вхід з першим виходом блоку управління 11, другий вихід якого з'єднаний з другим входом комутатора 2, другий вхід з'єднаний з другим виходом кварцового генератора 7, перший вихід якого з'єднаний з другим входом змішувача частотного сигналу 5 На фіг 1 зображена блок-схема пристрою для визначення відносної зміни висоти і кута нахилу об'єктів, на фіг 2 - часова діаграма роботи пристрою Пристрій працює наступним чином Синхронізуючий сигнал поступає на ВІДПОВІДНІ блоки згідно фіг 1 в режимі внутрішньої синхронізації через задані періоди часу від кварцового генератора 7 В режимі зовнішньої синхронізації сигнал з блоку управління 11 поступає на комутатор 2, що являє собою початок опитування всіх давачів 1 газової мережі або окремо взятого давача В зв'язку з тим, що давачі 1 представляють посудини, які мають спеціальну конструкцію із визначником початку відліку вимірювань, що дає можливість визначити номер контрольованої ємності, а отже величину відносного зміщення досліджуваного об'єкту і його напрямок Посудина представляє собою ємнісний резервуар наповнений робочою рідиною з обкладками, які створюють конденсатор При чому одна обкладка знаходиться в центрі посудини, а "т" інших обкладок розміщені по периметру циліндричної посудини в вигляді пластинок і створюють другу обкладку конденсатора При повороті центральної осі посудини, яка виконує роль однієї пластини конденсатора, а інших " т " розділених пластинок конденсатора закріплених до внутрішньої стінки посудини створюють блок конденсаторів, ємність яких змі нюється від вмісту рідини між ними Блок 1 давачів розміщених в контрольних точках на досліджуваній поверхні, почергово з'єднуються до комутатора 2 До стінки посудини закріплений індуктивний давач, який визначає початок відліку ємностей при обертанні центральної осі посудини, Сигнал від індуктивного давача дає дозвіл на початок вимірювання і сприйняття генератором 3 через комутатор 2 сигналу від кожної ємності блоку конденсаторів однієї вибраної із з'єднувальних посудин давачів 1 В вибраному давачі 1а 1н при появі сигналу від індуктивного давача почергово з'єднуються ємності до індуктивності вхідної ланки генератора 3, створюючи при цьому вхідний коливальний контур генератора 3, частота якого залежить від величини ємності посудини, а отже від просідання об'єкту контролю чи його нахилу Посудини можуть використовуватися, як система з'єднувальних посудин, так і окремо кожна посудина Це пов'язано з тим, що роль репера виконує кварцовий генератор 7, частота якого не залежить від його розміщення і від КІЛЬКОСТІ рідини в з'єднувальних посудинах 1, що знаходяться на об'єкті контролю Сигнал через комутатор 2 поступає на лічильник номера давача 4 і лічильник номера ємності 5 Блок 1 є частотозадзвальною ланкою для генератора 3, з якого сигнал подається на вхід змішувача частотного сигналу 5 Сигнал блоку генератора 3 порівнюється з сигналом кварцового генератора 7, який поступає на інший вхід змішувача частотного сигналу 5 Таким чином, при ЗМІНІ рівня рідини в робочих посудинах давача 1 змінюється різниця порівнюваних частот 15 генератора 3 і високостабільного кварцового генератора 7 При ЗМІНІ ємності конденсатора, а це буде тоді, коли зміниться рівень рідини в посудині або при її нахилу, зміниться частота коливання генератора З,оскільки ємність входить в його частотоза да вальну ланку Одержаний сигнал 15, який пропорційний ЗМІНІ вимірювальної висоти об'єкта контролю чи його нахилу 14, подається на вхід перетворювача сигналів 8, де перетворюється в цифрову форму 16 Лічильники номеру давача 4 і номера ємності 6 дають можливість визначати точки об'єкту контролю, які зміщуються і напрям їх зміщення Сигнал з блоків вимірювача величини зміщення 10 і напрямку зміщення 9 поступає на запам'ятовуючий блок 12, де записується в оперативну пам'ять і в вигляді сигналу 17 поступає на відеоблок 13 55634 1н !б ФІГ.1 ', шсящ Фіг.2 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24