Устройство для крепления датчиков измерения кинематических параметров движения

 

Изобретение относится к области измерений , в частности к измерению скоростей и ускорений. Целью изобретения является увеличение надежности крепления и повышение точности измерений и удобства монтажа . Устройство для крепления датчиков содержит закрепляемый на строительной конструкции контейнер, в который устанав

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 М 19/00, G 01 Р 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

171

é

1

24 г

2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4771180/23 (22) 19.12.89 (46) 30.03.92. Бюл. Nâ 12 (72) В.И.Алехин, E À.Êóçíåöîâ, Ю.В.Малофеев; А.И;Павлов и М,Т.Штыпуляк (53) 620.1.08(088.8) (56) Сборник Q 83/40 "Взрывное дело" На- ° учно-технического горного общества "Методики измерения и аппаратура для исследования действия взрыва"/Под ред, В.Н.Родионова и

А.Г.Фомичева, М,: Недра, 1982, с. 99.

Там же. с. 81.

„„ Ж„„1723488 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области измерений, в частности к измерению скоростей и ускорений. Целью изобретения является увеличение надежности крепления и повышение точности измерений и удобства монтажа, Устройство для крепления датчиков содержит закрепляемый на строительной конструкции контейнер, в который устанав1723488

На фиг.1 показана схема установки уст ройства на строительную конструкцию; на фиг.2 — то же, на наклонную конструкцию;

45 на фиг.3 — то же, на вертикальную конструкцию; на фиг.4 — то же, на горизонтальную ливается блок с датчиками скорости и ускорения. Контейнер выполняется в виде трубы

3 с днищем 4 на одном конце и ступенчатым фланцем 5 на другом..Блок выполняется жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой под соответствующие датчики. Установка блока с датчиками в контейнер производится посредством жесткого диска 9, к центральной части которого на болтах креИзобретение относится к области измерений, испытаний, а именно к измерению скоростей и ускорений.

Известны жидкостные измерители скорости(ЖИС), которые могут быть исполнены для горизонтальной или для вертикальной установки. Их крепление к строительной конструкции осуществляется путем вворачивания в заранее устроенные соответственно вертикальные или горизонтальные отверстия с резьбой, например в приваренных к металлическим частям конструкции элементам с такими отверстиями.

Недостатком такого технического решения является низкая точность измерений.

Наиболее близким к изобретению является платформа (контейнер) для установки взаимно перпендикулярных датчиков ЖИС на массиве горной породы. Она имеет резьбовые отверстия, выполнена из стального уголка и установлена на поверхности на цементном растворе таким образом, чтобы обеспечить .вертикальную и горизонтальную ориентацию датчиков в пространстве.

Укаэанное устройство обладает недостатками.

Во-первых, оно не может обеспечить высокую точность измерений, так как резьбовые отверстия отклоняются от горизонтального или вертикального направления вследствие неточностей приварки, ручной установки на цементном растворе и т.д, Во-вторых, указанная платформа неудобна при монтаже системы измерений (в эксплуатации). Это вызвано тем, что ориентация платформы производится вручную без вспомогательных устройств, а фиксация

его в нужном положении — с помощью цементного раствора, который долго набирает прочность (а платформа до его эатвердевания может сместиться по каким-либо причинам), подвержен деформациям усадок и т.д.

Кроме того, после установки датчиков на платформе они находятся в открытом незащищенном положении и легко могут быть

40 пится блок. Диск 9 устанавливается в цилиндрический уступ ступенчатого фланца и с помощью трех регулировочных винтов 11 выводится строго в заданное положение, для чего можно использовать уровень, отвес и т.д. Свободное пространство контейнера после установки в него блока с датчиками может заполняться вяжущим материалом, например цементно-песчаным раствором, эпоксидной смолой и т.п. 2 з.п, ф-лы, 6 ил. повреждены при монтаже системы измерений и при проведении испытаний, Цель изобретения — увеличение надежности крепления и повышение точности измерений и удобства монтажа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для крепления датчиков изме-. рения кинематических параметров движения преимущественно строительной конструкции . при. динамическом воздействии, содержащем контейнер с узлом крепления датчиков скорости и ускорения, узел крепления датчиков выполнен в виде установленного в контейнере блока с механизмом его ориентации относительно блока и прижимным кольцом, причем контейнер выполнен в виде трубы .с днищем на одном конце и ступенчатым фланцем на другом, а механизм ориентации — в виде установленного с возможностью поворота на нижней ступени фланца и закрепленного к блоку жесткого диска с по крайней мере тремя регулировочными винтами, взаимодействующим с нижней ступенью фланца, при этом прижимное кольцо закреплено к наружной верхней ступени фланца по крайней мере в трех точках, а блок выполнен жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой для крепления датчиков, причем в каждой паре ось одного из отверстий перпендикулярна плоскости диска. Кроме того, диск снабжен цанговыми зажимами для вывоДа монтажных проводов,. а свободное пространство контейнера заполнено вяжущим материалом, преимущественно цементно- песчаным раствором или эпоксидной смолой, а в диске выполнено отверстие для нагнетания с наружной стороны через штуцер вяжущего материала.

1723488 конструкцию; на фиг.5 — устройство, общий во внимание возможность определенного вид; на фиг.6 — сечение А — А на фиг.5. его перемещения при уста. овке.

Устройство для установки датчиков из- Крепление контейнера 2 к металличемерения кинематических параметров дви- . ской конструкции(фиг.4)осуществляютприжения строительной конструкции при варкой в двух уровнях (в уровне днища и в динамическом воздействии содержит жест- 5 уровне около фланца) во всему периметру. ко монтируемый (вмонтирываемый) верти- Возможно применение каких-либо мощных . кально или горизонтально (на фиг.1-4 в тело стальных накладок. строительной конструкции I контейнер 2. В . Во внутренний цилиндрический уступ случае горизонтального расположения кон- 10 ступенчатого фланца 5 íà его нижнюю стутейнера его продольная ось еще должна. пень 8 устанавливается жесткий круглый быть направлена в заданном направлении.в металлический диск 9, который за счет зазогоризонтальной плоскости, например наис- ра с краем верхней ступени 10 имеет возточник динамического воздействия (в соот- можность поворота в своей плоскости. Диск ветствии с задачей эксперимента). 15 9 снабжен устройством ориентации относиКонтейнер 2 представляет собой (фиг.5) тельно плоскости фланца 5, которое состоит металлическую (стальную) трубу 3, имею- из трех (или более) винтов 11, вворачиваещую на торце, вмонтирываемом в конструк- мых в диск 9 и упираемых в нижнюю ступень цию, днище 4, приваренное по контуру. На 8 фланца 5. Устройство ориентации преддругом торце трубы 3 жестко закреплен 20 назначено для установки диска 9 в строго (приварен) ступенчатый фланец 5. Контей- вертикальную (с помощью отвеса) или s нер 2 монтируется в строительную конст- строго горизонтальную(с помощью уровня) рукцию таким образом, чтобы ступенчатый плоскость (фланец 5 отклонен от этого полофланец 5 выступал над ее поверхностью„жения до 10 вследствие неточности уста(ориентировочно не менее, чем на 20 мм), 25 новки контейнера 2 при монтаже при этом его положение для наклонных Ilo- строительных конструкций). верхностей .выбирается (вертикальное или Диск 9 жестко крепится к фланцу 5 (и горизонтальное) с учетом наименьшего по- всему контейнеру 2) посредством установки ворота плоскости фланца 5 от плоскости нанегометаллического(стального)прижимстроительной конструкции 1 до вертикаль- 30 ного кольца 12, притягиваемого к наружной ного(фиг.1) или горизонтального (фиг.2) по- верхней ступени 10 тремя или более болталоженияоси ВСконтейнера2.Ступенчатый ми 1-3. Внутренний диаметр прижимного фланец 5 может быть обращен как вверх для кольца 12 выбирается так, чтобы обеспечить элементов пола (фиг.4), так и вниз для пото- надежное опирание кольца по. краю диска 9 лочных элементов (фиг.1). Отклонение оси 35 по всему контуру, а наружный диаметр цеконтейнера 2 от вертикального, горизон- лесообразно выбрать равнымвнешнемудитального или третьего заданного направле- аметру фланца 5. о ния может составлять до 10, что легко .К внутренней стороне диска 9 жестко обеспечивается при проведении строитель- закрепляется, преимущественно на болтах но-монтажных работ без применения спе- 40 14, обращенный внутрь контейнера 2 блок циальных приборов. 15 с вертикальным 16 и горизонтальным 17

Установку контейнера 2 в тело железо- датчиками скорости, с вертикальным 18 и бетонной строительной конструкции целе- горизонтальным 19 датчиками ускорения. сообразно производить до бетонирования, Блок 15 с целью исключения вибраций выприменяя анкера 6 (фиг.1-4) для крепления 45 полняется цельнометаллическим, преимук арматуре или опалубке, что после бетони- щественно из дюралюминия, Для установки. рования обеспечит надежное эамоноличи- указанных датчиков предусмотрены две павание и исключит вибрации. Если на ры взаимно перпендикулярных попарно паповерхности железобетонной конструкции раллельных отверстий с соответствующей предусмотрена металлоизоляция 7 (фиг,3). 50 резьбой: отверстия 20 и 21 для датчиков то необходимо предусмотреть зазор между скорости и отверстия. 22 и 23 для датчиков краемвыреза внейитрубкойЗконтейнера ускорения взаимно перпендикулярны; отпо всему периметру с целью исключения верстия 20 и 22 и отверстия 21 и 23 попарно влияния вибраций металлоизоляции 7. 55 .параллельны. Оси вертикальных отверстий

Длина контейнера 2 (стальной трубы 3) 20 и 22 (и датчики 16 и 18) перпендикулярны может выбираться разной в зависимости от плоскости блока 15, соприкасающейся с места и условий установки (на наклонных плоскостью диска 9, а следовательно, перповерхностях — длиннее), а внутренний ди- пендикулярны плоскости диска 9. Отвераметр трубы 3 должен обеспечивать разме- стия 21 и 23(и датчиков 17 и 19) параллельны щение в ней блока с датчиками, принимая плоскости диска 9.

1723488

Поскольку блок 15 выполняется в завод- жесткость и прочность крепления. На фиг.5 скихусловияхс высокойточностью, перпен- показан вариант компоновки блока 15 для дикулярность и параллельность укаэанных датчиков скорости ЖИС и датчиков ускореотверстий между собой и относительно пло- ния типа АП-12.

5 Блок 15 надежно закрепляется преимуДатчики скорости ЖИС могут крепиться щественно с помощью нескольких болтов 14 к блоку 15 при помощи двух гаек 24 (датчик к диску 9, при этом монтажные провода

17), вворачиваемых с двух сторон в отвер- от датчиков 16-19 выводятся в отверстия в стие. Они могут крепиться также в глухом диске 9 через цанговые зажимы 26 и зажиотверстии (отверстие 20) с помощью одной 10 маются. Если провода намного тоньше, чем гайки 24 (датчик 16), В обоих вариантах дат- отверстия в зажиме, то можно использовать чик закреплен (зажат) с двух сторон, что жгут из какого-либо упругого герметика резко снижает вибрации по сравнению с (мягкой резины и т,п,) и в один зажим проконсольным вариантом и способствует су- пускать несколько проводов, щественному повышению точности измере- 15 Затем диск 9 с блоком 15 устанавливаний. Монтажные провода 25 от датчиков ется в контейнер 2 (фиг.5) блоком 15 внутрь выводятся в отверстие в гайке 24(датчик 17) контейнера. а диском 9 в уступ фланца 5 на или в отверстие в блоке 15 (датчик 16). его нижнюю ступень 8. После этого целесоДля вывода монтажных проводов 25 от образно установить прижимное кольцо 12 датчиковиз контейнера 2вдиске9имеются 20 наболтах13,незатягиваяих. Этонеобходиотверстия, снабженные на наружной повер- . мо в случае расположения контейнера хности его цанговыми зажимами 26 для фланцем 5 вниз (фиг.1) и фланцем в вертипредотвращения р ения обрыва при сильных дина- кальной плоскости (фиг.2,3) для того, чтобы мических воздействиях (больших ускоре- при ориентации диска 9 с блоком 15 они ниях). 25 самопроизвольно не выпадали из контейнеПосле установки блока 15 с датчиками в ра 2. контейнер 2, вывода диска 9 с помощью Далее производится установка блока 15 устройства ориентации в горизонтальное с датчиками в требуемое положение, т.е. (вертикальное} положение и закрепления таким образом, чтобы два отверстия (и датприжимногокольца12свободноепростран- 30 чика) были вертикальны (например, отверство внутри контейнера 2 с целью предотв- стия 21 и 23 в положениях контейнера на ращения возможных вибраций (и фиг 2и3илиотверстия20и22вположениях искажений в показаниях датчиков) может контейнера на фиг.1 и 4), а другие два отверзаполняться через штуцер 27 вяжущим ма- стия (и датчика) — горизонтальны (отверстия териалом 28, например, цементно-песча- 35 20и22 в положениях контейнера нафиг.2.и ным раствором, эпоксидной смолой, или 3 отверстия 21 и 23 в положениях конжидким стеклом с отвердителем или т.п, тейнера на фиг.1 и 4). Кроме того, во всех

Предложенное устройство работает случаях горизонтальные отверстия (и датчиследующим образом, ки) должны быть направлены в заданном

В строительную конструкцию 1 (фиг.1- 40 направлении в горизонтальной плоскости.

4) в период строительно-монтажных работ в Как правило это направление (третье в прове тикальное или горизонтальное положе- странственных координатах) задается от ние с точностью до 10 монтируется контей- точки установки датчика на точку источника нер 2 (стальная труба 3 с днищем 4 и динамическоговоздейетвияилижесоответ45 ствует пересечению горизонтальной плоВ период монтажа системы измерений скости (где находится ось горизонтального . к блоку 15 крепятся датчики скорости 16,17 датчика) с плоскостью поперечного сечения и ускорения 18,19. Эти операции по крепле- протяженного сооружения. нию датчиков можно осуществлять как в по- В случае вертикального расположения левых условиях, так и в лабораторных 50 контейнера 2 (фиг.1,4) установка блока 15 (заранее). При этом цельнометаллический производится следующим образом. блок 15 можно изготовить под любые датчи- Пока болты 13 на затянуты, путем повоки скорости и ускорения; важно соблюдать рота диска 9 в своей плоскости производитвзаимную перпендикулярностьи попарную ся установка осей горизонтальных (в атом параллельность отверстий для их крепления 55 случае) датчиков 17 и 19 в заданном третьем к блоку (следовательно, и осей чувствитель- направлении в горизонтальной плоскости. ности соответствующих датчиков), а также Для ориентации в этом случае можно исперпендикулярность двух из укаэанных от- пользовать выступающие наружу из диска 9 верстий плоскости блока 15, соприкасаю- головки болтов 14 (фиг.5, вид сверху), но в щейся с плоскостью диска 9, и надежную этомслучаелиния,ихсоединяющая,должна

1723488

10 быть параллельна осям отверстий 21 и 23; к этим болтам (а с точки зрения геометрии и к болту 15) можно также закрепить какое-либо прицельное приспособление (мушку и пластинку с прорезью) и использовать его.

Можно также на диске 9 в заводских условиях нанести две взаимно перпендикулярных линии (бороздки), одна из которых должна быть параллельна осям датчиков IT и 19 и ориентировать диск 9 (и блок 15) по ним. После этого посредством вращения трех болтов 11 устройства ориентации производится, например с помощью пузырькового уровня, установка диска 9 (а следовательно и датчиков 17 и 19) в строго горизонтальное положение. Для контейнера, расположенного фланцем 5 (фиг.1), целесообразно использовать специальную магнитную полочку с зеркальцем, устанавливаемую на диск 9 снизу, на которой можно размещать уровень.

В случае горизонтального расположения контейнера (фиг.2,3) установка блока 15 производится следующим образом.

Путем поворота диска 9 в своей плоскости по отвесу, ориентируясь на головки болтов 11 или на другие специально предусмотренные ориентиры, оси отверстий 21 и 23 (и датчиков 17 и. 19) выводятся в вертикальную плоскость (на пока еще не в вертикальное положение), направленную приблизительно по оси ВС контейнера. 3атем путем вращения винтов 11 устройства ориентации производится установка диска

9 таким образом, чтобы последний строго

- встал в вертикальную плоскость (по отвесу), а оси отверстий 20 и 22 (и датчиков 16 и 18), оказавшиеся при этом строго в горизонтальной плоскости, были направлены в заданном направлении (например, на источник динамического воздействия), для чего можно испольэовать специально вворачиваемый в блок 15 через отверстие в диске 9 стержень (его ось должна быть параллельна осям отверстий 20 и 22).

Если же контейнер 2 расположен фланцем вниз (фиг.1) или вертикально (фиг,2,3), вращение болтов 11 при установке диска 9 в гбриэонтальное или вертикальное положение необходимо сопровождать соответству.ющим подтягиванием или отпускзнием болтов 13 крепления прижимного кольца 12, так как под собственным весом диск с контейнером отходит от фланца 5.

После установки блока 15 плоскость диска 9 будет отклонена от плоскости фланца 5 на определенный угол а (фиг,1-3), который по существу будет равен углу, соответствующему неточной установке контейнера при проведении строительно-монтажных работ.

После установки блока 15 с датчиками с высокой точностью в требуемое положение

3 производится установка прижимного кольца 12 и надежное его притягивание к фланцу

5.болтами 13. Поскольку опирание диска 9 на нижнюю ступень 8 фланца 5 происходит по болтам 11, то для более надежного опи10 рания (уменьшения пролета) и исключения вибраций при динамическом воздействии к трем болтам 11 устройства ориентации целесообразно добавить. разместив между ними.по окружности того же диаметра, еще

15 несколько балтов (три или весть), закрутив их и уперев в нижнюю ступень 8 после притягивания прижимного кольца 12 (фиг,1, вид сверху). Это будет способствовать также удобству установки диска 9 в требуемые по20 -ложения, так как из большего количества винтов.11 для ориентации оператору можно выбрать три из них, наиболее доступные и удобно расположенные.

После проведения указанных операций

25 и подключения монтажных проводов к усилителям, регистраторам и т.д, устройство готово к измерению кинематических параметров движения строительной конструкции. При этом с высокой точностью

30 вертикальные датчики находятся в вертикальном положении, а горизонтальные — в горизонтальном и направлены в заданном направлении, что обеспечивает высокую точность измерений. При необходимости

35 блок с датчиками можно демонтировать из контейнера и использовать повторно на других объектах испытаний, не говоря уже об использовании при повторных нагружениях той же строительной конструкции. При

40 этом следует отметить, что если при первом нагружении строительная конструкция получила большие остаточные смещения (повороты), то предложенное устройство позволяет скорректировать положение бло45 ка 15 (устройством ориентации и поворотом диска 9 в своей плоскости) в соответствии с задачей эксперимента и с высокой точностью измерить кинематиче. ские параметры движения при втором (и

50 т.д.) нагружении.

Для более надежного исключения вибраций и крепления датчиков к строительной конструкции, особенно при сильных динамических воздействиях, пространство внут55 ри. контейнера можно заполнять вяжущим материалом 28 (фиг .5), который закачивается в контейнер 2 через штуцер 27. Восле затвердевания вяжущего материала 28 строительная конструкция 1, контейнер 2, блок 15 и датчики 16,17,18,19 практически

1723488

12 представляют собой единое целое, что исключает любые вибрации и обеспечивает высокую точность измерений и достоверность результатов. Однако в этом случае датчики и блок невозможно демонтировать и использовать на других объектах испытаний.

При динамическом воздействии устройство работает следующим образом, Строительная конструкция под действием динамической нагрузки приходит в движение, характеризуемое (помимо других параметров) скоростью и ускорением своих отдельных точек (элементов). Контейнеры 2 (устанавливаемые как,правило в характерных точках) исходя из опыта теоретических и экспериментальных исследований) вместе с жестко и надежно закрепленными блоками, датчиками и т.д. приобретают те же величины скоростей и ускорений, что и строительная конструкция. При этом все описанные элементы устройства и его конструктивные особенности исключают (или сводят до минимума) влияние неточностей установки датчиков в требуемые положения, а также помехи от вибраций. Сигналы от датчиков посредством принятой системы измерений усиливаются с помощью усилителей и регистрируются с помощью регистраторов (осциллографов, магнитографов и т .и.).

Формула изобретения

1. Устройство для крепления датчиков измерения кинематических параметров движения преимущественно строительной конструкции при динамическом воздействии, содержащее контейнер с узлом крепления датчиков скорости и ускорения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения надежности крепления и повышения точно5 сти измерений и удобства монтажа датчиков, узел крепления датчиков выполнен в виде установленного в контейнере блока с механизмом его ориентации относительно блока и прижимным кольцом, причем кон10 тейнер выполнен в виде трубы с днищем на одном конце и ступенчатым фланцем на другом, а механизм ориентации — в виде установленного с возможностью поворота на нижней ступени фланца и прикрепленного к

15 блоку жесткого диска с по крайней мере тремя регулировочными винтами, взаимодействующими с нижней ступенью фланца, при этом прижимное кольцо закреплено на наружной верхней ступени фланца по край20 ней мере в трех точках, а блок выполнен жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой для крепления датчиков, причем в каждой паре ось одного из отверстий пер25 пендикулярна плоскости диска.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что диск снабжен цанговыми зажимами для вывода монтажных проводов.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е30 с я тем, что свободное пространство контейнера заполнено вяжущим материалом, преимущественно цементно-песчаным раствором или эпоксидной смолой, а в диске выполнено отверстие для нагнетания с на35 ружной стороны через штуцер вяжущего материала.

1723488