Пристрій для контролю положення елементів інженерної споруди

1. Пристрій для контролю положення елементів інженерної споруди, який містить фотоелектричні канали з джерелами світла, об'єктивами, багатоелементними фотоприймачами, що утворюють фотоелектричний ланцюжок, елементи ланцюжка змонтовані в блоках, які жорстко встановлені на C2 2 (19) 1 3 82247 Поставлена задача розв'язується за рахунок створення пристрою для контролю наложения елементів інженерної споруди, який містить фотоелектричні канали з джерелами світла, об'єктивами, багатоелементними фотоприймачами, що утворюють фотоелектричній ланцюжок; елементи ланцюжка змонтовані в блоках, які жорстко встановлені на споруді, при чому джерела світла електрично сполучені з генераторним блоком, багатоелементні фотоприймачі електрично сполучені з блоком комутації, генераторний блок та блок комутації з’єднані між собою, а також через блок обробки інформації з блоком індикації та блоком запису та збереження Інформації, оптико-електронні блоки оснащені захисними світлопроводами, який відрізняється тим, що фотоелектричний ланцюжок виконано подвійним, кожен блок ланцюжка містить подвійний багатоелементний фотоприймач і два об'єктива, які утворюють дві цифрові оптикоелектронні камери з взаємно-протилежним напрямком оптичних вісей, що розміщені в одному з ланцюжків, а також містить двонаправлене джерело світла з випромінюванням в двох взаємно-протилежних напрямках з розміщенням її іншому ланцюжку, при цьому блоки ланцюжка чергуються по орієнтації на 180° навколо осі фотоелектричного ланцюжка. Пристрій також відрізняється тим, що світлопроводи містять у себе діафрагми. Схема запропонованого пристрою представлена на Фіг.1. Пристрій, елементи якого розміщенні по периметру будівлі наведено на Фіг.3, і приставляє собою схему розташування блоків 1...n подвійного фотоелектричного "ланцюжка". Світові промені між блоками позначені товстими лініями зі стрілками, які показують напрям світових променів від джерел світла до приймачів (цифровим камерам). На схемі відображені два фотоелектричних ланцюжка: верхній (блоки 1...n) та нижній (блоки 1...n-1). Всі блоки однакові. Будова блоку даного подвійного ланцюжка схематично приставлено на Фіг.2. 5 - об'єктиви цифрових фотокамер; 6 - фотоприймальні матриці і попередніми підсилювачами (Ф); 7 - двостороннє джерело світла (С); 8 - світові промені від джерела світла 7 в об'єктиви цифрових фотокамер сусідніх блоків; 9 - світові промені, які йдуть від джерела світла 7; 10 - корпус блока, в якому жорстко закріплені всі елементи 5, 6, 7. Блоки 1...n подвійного фотоелектричного ланцюжка жорстко встановлені своїми корпусами 10 на конструкціях інженерної споруди і по суті є деформаційними реперами (маркерами), при цьому сусідні блоки передуються так, як це відображено на Фіг.2а і 2б, т.б. в вер хньому ланцюжку в блоці К встановлені цифрові фотокамери, а в нижній - джерела світла; в блоці К+1 чи К-1 в верхньому ланцюжку - джерела світла, а в нижній - цифрові фотокамери і т.д. 4 Нa Фіг.1 також відображені: 11 - генераторний блок; 12·- блок комутації; 13 - блок обробки інформації; 14 - блок індикації; 15 - блок запису і збереження інформації. Блоки встановлені в споруді і електрично пов'язані з фотоприймачами і джерелами світла фотоелектричних каналів кабельною мережею. Усі перераховані вище блоки одержують електроживлення від звичайної електромережі, при цьому блок через свій перетворювач забезпечує електроживлення багатоелементних фотоприймачів з попередніх підсилювачів. Для визначення осадки в спостерігаємій споруді встановлюють елементи пристрою, які повинні бути розміщені на споруді так, щоб мати повну інформацію про осадку споруди і її негативний прояв, наприклад, вздовж подовжніх і поперечних вісей для визначення прогинів та перекосів, а також в місцях, де передбачаються найбільші осадки. Всі оптично-електронні блоки забезпечені захисними світлопроводами. Світлопроводи забезпечені діафрагмами, які вирішують задачу зрізання невісьових пучків променів світлових потоків и виключення паразитних бліків від внутрішніх стінок світлопроводу. Здійснення моніторингу стабільності виконується з певною періодичністю включення всіх каналів за допомогою блоку комутації (Фіг.1). Нульовий цикл спостережень виконують одразу після зведення споруди. В нормальній ситуації геометрична вісь світлового потоку збігається або паралельна загальній оптичній осі системи, і зображення потоку, сформоване кожним об'єктивом, буде перебувати в певній крапці робочої площини відповідного багатоелементного фотоприймача. Щоб виміряти величину зміни нахилу світлових променів, необхідно виміряти величину лінійного зсуву зображення пучка променів, сформованого об'єктивом в робочій площині фотоприймача. При включенні пристрою світлові потоки від джерел світла (що фільтруються діафрагмами в світлопроводах) падають на лінзи, які фокусують зображення джерел на мішенях фотоприймачів. У фотоелектричних каналах двох фотоелектричних «ланцюжків» з фотоприймачів в блок надходять електричні сигнали про величини відхилень зображень джерел світла від номінального положення, що введено в пам'ять пристрою (у блок 15) при первинному включенні подвійного ланцюжка. Розглянемо варіант пристрою, що працює в режимі автоматичного фотоелектричного нівелірного ходу, при цьому умовимося, що блоки 1 та 2, а також блоки n-1 і n утворять систему опорних реперів з підвищеною стабільністю положення з відомими заздалегідь визначеними висотами блоків (у тому числі їхні х елементів) незалежним методом. На Фіг.3 розглянемо роботу фрагменту ланцюжка, яка складається зі здвоєного ланцюжка цифрової фотокамери (5, 6, 6, 5), центрального 5 82247 блоку, джерел світла 7 та з'єднаних (крайніх на Фіг.3) блоків. При горизонтальному розміщенні осі (7, 5, 6, 6, 5, 7) будемо мати відлік на фотоприймачах 6, який , дорівнює нулю. При відхиленні блоку і ( i = 1 n ) на величину Δі світловий луч від джерела 7 ввійде в об'єктив цифрової камери блоку і+1 під кутом ? і на фотоприймачі 6 буде знятий відлік Δ’і. Зрозуміло, що при паралельному переміщенні вісі (5, 6, 6, 5) блоку Δі+1 будуть отримані відліки Δ’і+1 на обох фо топриймачах 6, причому з однаковим знаком. Звернемо увагу, що нахил блоку і+1 відносно осі (5, 6, 6, 5) на кут β дасть зміщення на мішенях фотоприймачів 6 які дорівнюють Δ’β+1 з різними знаками. Врахуємо також, що при переміщенні джерел світла вгору (+) на фотоприймачах 6 відлік Δ’і буде зі знаком (-), а при переміщенні Δі+1 блоку і+1 вгору відлік Δ’і+1 буде мати знак (+). Таким чином, на фотоприймачах 6 при складанні відліків будемо мати: ωі+1=-Δ’і+2Δ’і+1-Δ’і+2+Δ’β+1-Δ’β+1=Δ’і+2 Δ’і+1-Δ’і+2. Аналогічно в другому ланцюжку: ωі=-Δі-1+2 Δі-Δі+1 і ωі+2=-Δі+1+2 Δі+2-Δі+3 і т.д. Зведемо дані вимірювань в двійному ланцюжку в таблицю: Як указувалося вище значення Δ’1, Δ’2, Δ’ і Δ’ є відомі величини, визначені для стабільних реперів-блоків 1-2 і. Δ3......Δ - значення відхилень від номінальних для блоків 3...n-2, які можуть бути отримані з виразів (1). З вираження (1) бачимо, що сума величин відносин блоків 3...n-2, які знімаються з фотоприймачів Φ дорівнює нулеві. У реальній системі кожне значення Δ’і буде містити випадкову погрішність δ і, при цьому сума ω3+ω 4+ω +ω для блоків 3...n-2 покаже не в'язання ΔΗ, що розподіляється між значеннями відхилень блоків 3...n-2 по висоті відповідно до методу, застосовуваному у геодезії. При реалізації моніторингу споруди включення пристрою повторюють із заданою періодичністю, обчислюють величини відхилень блоків 3...n-2 по висоті і ведуть спостереження за станом споруди, складаючи графіки його осідань по програмі, що мається в блоці 12. Блок 13 по сигналах блоку 12 забезпечує оперативну індикацію результатів. Дані для запису і збереження з блоку 12 направляють у блок 15. Аналогічно описаному відбувається робота подвійного фотоелектричного «ланцюжка» у горизонтальній площині по напрямку осі Υ, 6 перпендикулярної вертикальної площини, що проходить через вісь «ланцюжка». Описана технологія дозволяє визначити координати Υ і Ζ блоків подвійного ланцюжка від 3 до n-2 при відомих координатах опорних реперів 1, 2, n-1 і n. , Положення блоків i = 1 n (кількість всіх блоків ланцюжка), включаючи реперні по ординаті X визначають у такий спосіб: На джерела світла С з блоку 11 за командою блоку 12 подається перемінний струм опорної частоти. При першому включенні «ланцюжка» на усі х фотоприймачах будуть мати місце сигнали тієї ж частоти, що й опорна, але не співпадаючі з останньою по фазі. За допомогою фазометра, що знаходиться в блоці виконують вимір різниці фаз сигналів, прийнятих фотоприймачами від джерел світла й опорного сигналу. Ці різниці вводяться в пам'я ть як номінальні значення, що фіксують розташування відповідних елементів по осі X. При повторних включеннях нові різниці фаз порівнюють з номінальними і по цим даним оцінюють відхилення блоків 3...n-2 по осі X щодо блоків 1, 2, n-1 і n. Очевидно, що сума φK1 з урахуванням знаків буде дорівнювати зміні довжини ланцюжка ΣLK1ΣLο1= Σφ K1, а сума φK1 двох суміжних ділянок С-Ф і Ф-С буде дорівнювати зміні відстані між найближчими джерелами світла С (тобто блоками, їх утримуючими). Описана технологія в подвійному фотоелектричному ланцюжку дозволяє обчислити і контролювати положення по осі всіх блоків ланцюжка (непарних у вер хньому, парних - у нижньому ланцюжку), спираючись на реперні блоки 1, 2, n-1 і n. Всі відомості по зміні стабільності положення споруди заносяться в базу даних. На основі створеної бази даних моніторингу можна проводити моделювання подальших дій та отримувати спеціальні звіти та рекомендації. В результаті запропонований пристрій дозволяє при зведенні і експлуатації споруд в автоматичному режимі контролювати стабільність положення елементів споруд, вести моніторинг осідань, деформацій і виключити дорогі та ручні (візуальні) геодезичні роботи. 7 82247 8