Устройство для измерения деформаций земной поверхности

Устройство для измерения деформаций земной поверхности относится к области измерительной техники, в частности к методу измерения относительных перемещений двух точек на земной поверхности или отдельных участков инженерных и строительных сооружений, разнесенных на значительные расстояния, происходящих из-за воздействия природных и экзогенных процессов. Устройство для измерения деформаций земной поверхности состоит из троса 1, закрепленного за анкер 2, который, пройдя искривления трассы, через подвижный блок 3 попадает на вал 4 электродвигателя 5 с большим коэффициентом редукции и датчиком угла поворота вала. Двигатель закреплен на основании корпуса системы измерения 5 прибора. На вале двигателя 4 все время остается несколько витков троса, что обеспечивается приторможенной буферной катушкой 6 с достаточным запасом троса, обеспечивающим возможность измерений даже при значительных подвижках анкера. В систему введено приспособление для измерения силы натяжения троса 7, с помощью которого измеряется сила натяжения троса. Напряжение с приспособления для измерения силы натяжения троса 7 поступает на вход блока обработки сигнала 8, выход которого соединен с входом блока управления двигателем 9, где формируется сигнал разности между цифровым сигналом с приспособления для измерения силы натяжения троса и введенным в его память значением, отвечающим определенной пороговой величине силы F0 - заранее заданной небольшой силе натяжения. Выходы с блока 9 соединены соответственно с двигателем 5 и блоком 10 преобразования сигнала с блока управления двигателем в величину подвижек анкера. Вычисление значения подвижек анкера происходит в блоке 10 преобразования выходного сигнала с блока 9 в величину подвижек анкера. Для получения независимой информации о перемещениях анкера в измерительный тракт введен энкодер 11, соединенный с входом блока 12 преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера. Выходы блоков 10 и 12 соединены с входом блока сравнения сигналов 13, в котором на основе анализа данных о величинах деформаций и с учетом геологических особенностей объекта наблюдений делается заключение о степени опасности развивающихся процессов. Технический результат – повышение точности результатов измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к методу измерения относительных перемещений двух точек на земной поверхности или отдельных участков инженерных и строительных сооружений, разнесенных на значительные расстояния - десятки - сотни метров, происходящих из-за воздействия природных и экзогенных процессов.

Известен деформометр для контроля напряженно-деформированного состояния в блочных структурах геосферы, включающий базовый зонд, по крайней мере один измерительный зонд, соединенные штангами неподвижно и трубопроводом энергоносителя, и контроллер, соединенный с измерительными зондами электрокабелем, при этом базовый зонд состоит из корпуса и неподвижного распорного узла с опорными ножками, а измерительный зонд - из корпуса, распорного узла с опорными ножками и измерителя, корпус измерительного зонда выполнен разъемным и состоит из силового и приборного патрубков, причем распорный узел измерительного зонда выполнен подвижным и размещен в силовом патрубке, а измеритель, в качестве которого использован растровый датчик перемещений с подвижным наконечником, - в приборном патрубке, при этом подвижный распорный узел снабжен направляющим стержнем, а силовой патрубок - направляющей втулкой, в которой закреплена неподвижная планка с фиксирующим гнездом для установки подвижного распорного узла в среднем положении, причем направляющий стержень подвижного распорного узла пропущен через направляющую втулку и постоянно контактирует с подвижным наконечником растрового датчика перемещений (RU, патент №2305186, Е21С 39/00, 2006).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность измерения деформаций земной поверхности при больших линейных базах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является деформограф, включающий станину, штангу, один конец которой жестко связан со станиной посредством разрезной втулки, а другой цанговым зажимом - с технологическим стержнем, упругий равносторонний параллелограммный усилитель смещения с коническими пережимами в его углах и закрепленными при помощи стержней в одном из его углов по малой диагонали дифференциальным фотоэлементом, а в противоположном углу - металлическим экраном с прямоугольным отверстием по центру и светодиодом, расположенным перпендикулярно экрану, при этом плоскости фотоэлемента и экрана параллельны плоскости усилителя смещения, а светодиод и фотоэлемент расположены симметрично отверстию на экране по разные от него стороны, регулирующее устройство, подвижная часть которого связана посредством конического стержня с одним из углов усилителя смещения по большой диагонали, а неподвижная часть - с реверсивным двигателем с редуктором, регистратор, подключенный к фотоэлементу, и блоки питания двигателя и светодиода, установленный соосно со штангой магнитострикционный стержень с намотанным на него соленоидом, соединенным с блоком питания и упругим ромбовидным фиксирующим устройством с коническими пережимами в его углах, при этом магнитострикционный стержень жестко закреплен в углах фиксирующего устройства по его малой диагонали и связан одним концом с технологическим стержнем, а другим - с усилителем смещения (RU, патент №2298814, G01V 1/16, 2005).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность измерения деформаций земной поверхности при больших линейных базах и значительных по величине абсолютных деформациях.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности измерения деформаций земной поверхности. Техническим результатом является повышение точности измерения деформаций земной поверхности на линейных базах длиной в сотни метров за счет автоматического поддержания постоянной величины силы натяжения троса при подвижках анкера и исключения явлений зажима троса на криволинейных участках трассы прокладки троса, а также уменьшение времени измерения, повышение достоверности измерения и увеличение динамического диапазона измеряемых деформаций.

Технический результат достигается в устройстве для измерения деформаций земной поверхности, включающем анкер, соединенный посредством троса с датчиком для измерения деформаций земной поверхности, установленным в корпусе и состоящим из двигателя с валом, подвижного блока, буферной катушки, приспособления для измерения силы натяжения троса, соединенного с входом блока обработки сигнала, выход которого соединен с входом блока управления двигателем, выходы которого соединены соответственно, с двигателем и блоком преобразования сигнала с блока управления двигателем в величину подвижек анкера, энкодера, соединенного с блоком преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера, при этом выход блока преобразования сигнала с блока управления в величину подвижек анкера и выход блока преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера соединены с блоком сравнения сигналов с блоков управления двигателем и энкодера.

Приспособление для измерения силы натяжения троса, установленное вблизи энкодера, позволяет непрерывно следить за величиной силы натяжения троса и поддерживать ее постоянной путем сматывания части троса с вала двигателя при подвижках анкера, приводящих к увеличению силы натяжения троса и возникновению эффектов заклинивания троса на неровностях трассы. Блок обработки сигнала преобразует сигнал с приспособления для измерения силы натяжения троса в электрическое напряжение. Блок управления двигателем преобразует это напряжение в сигнал управления двигателем. Блок преобразования сигнала дает информацию о подвижках анкера.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен общий вид устройства.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности состоит из троса 1, закрепленного за анкер 2, который, пройдя искривления трассы, через подвижный блок 3 попадает на вал 4 электродвигателя 5 с большим коэффициентом редукции и датчиком угла поворота вала. Двигатель закреплен на основании корпуса системы измерения 5 прибора. На вале двигателя 4 все время остается несколько витков троса, что обеспечивается приторможенной буферной катушкой 6 с достаточным запасом троса, обеспечивающим возможность измерений даже при значительных подвижках анкера. В систему введено приспособление для измерения силы натяжения троса 7, с помощью которого измеряется сила натяжения троса. Напряжение с приспособления для измерения силы натяжения троса 7 поступает на вход блока обработки сигнала 8, выход которого соединен с входом блока управления двигателем 9, где формируется сигнал разности между цифровым сигналом с приспособления для измерения силы натяжения троса и введенным в его память значением, отвечающим определенной пороговой величине силы F0 - заранее заданной небольшой силе натяжения. Выходы с блока 9 соединены соответственно с двигателем 5 и блоком 10 преобразования сигнала с блока управления двигателем в величину подвижек анкера. Вычисление значения подвижек анкера происходит в блоке 10 преобразования выходного сигнала с блока 9 в величину подвижек анкера. Для получения независимой информации о перемещениях анкера в измерительный тракт введен энкодер 11, соединенный с входом блока 12 преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера. Выходы блоков 10 и 12 соединены с входом блока сравнения сигналов 13, в котором на основе анализа данных о величинах деформаций и с учетом геологических особенностей объекта наблюдений делается заключение о степени опасности развивающихся процессов.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности работает следующим образом.

Перед началом проведения измерений (после прокладки троса в трубе по выбранной трассе и закрепления троса за анкер) трос натягивают так, чтобы сила его натяжения заведомо превышала пороговое значение F0, заранее внесенное в память процессора в блоке 9. После этого включается программа и по сигналу с блока 9 включается двигатель 5, который сматывает с вала 4 трос, уменьшая тем самым значение силы натяжения троса F. Двигатель останавливается, как только F≤F0. Величина X длины троса, смотанного с вала, пропорциональная времени работы двигателя, определяется из соотношения: X=N⋅t⋅r/k, где N - число оборотов двигателя в единицу времени, t - время работы двигателя, r - радиус вала двигателя, k - коэффициент редукции двигателя. Величина N⋅t/k=β - угол поворота вала двигателя за время t. Поскольку X=β⋅r, информация о подвижках анкера 2 получается с помощью простого умножения значения радиуса вала и сигнала с датчика угла поворота вала двигателя. После первого включения двигателя и начинаются режимные наблюдения за деформациями земной поверхности в автоматическом режиме. Сигнал с энкодера поступает на блок 12 преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера. Два независимых сигнала о подвижках анкера поступают на блок 13 сравнения сигналов о подвижках анкера, повышая тем самым надежность и достоверность получаемой информации. Введение в измерительную систему электродвигателя, управляемого сигналом с приспособления для измерения силы натяжения троса (т.е. превращение измерительного устройства в систему с обратной связью) позволяет исключить явления зажима троса на непрямолинейных участках трассы и, связанное с этим явлением, возрастание сил натяжения троса вблизи анкера до больших значений, когда проявляются проявления нелинейного поведения троса (гистерезис, нежелательные аномальные растяжения троса, пластичность и т.п.), что вносит существенные ошибки в результаты измерений. Результаты измерений содержатся в заносимых в память измерительной системы величинах подвижек анкера из двух независимых источников, текущего времени, когда произошла эта подвижка, и интервала времени, в течение которого произошла подвижка. Таким образом, при анализе получаемой информации имеется возможность не только получить данные о подвижках анкера за большой промежуток времени, но и проанализировать информацию внутри этого большого промежутка времени, важную для заключения о динамике развития процесса появления деформационных явлений на выбранном участке земной поверхности.

Благодаря высокой чувствительности прибора для измерения деформаций на больших базах имеется возможность наблюдать деформационные процессы на ранней стадии их развития и заранее сделать прогноз о возможной опасной динамике этого явления. Получение информации о величине подвижек анкера двумя независимыми способами повышает надежность и достоверность результатов измерений.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности, включающее анкер, соединенный посредством троса с датчиком для измерения деформаций земной поверхности, установленным в корпусе и состоящим из двигателя с валом, подвижного блока, буферной катушки, приспособления для измерения силы натяжения троса, соединенного с входом блока обработки сигнала, выход которого соединен с входом блока управления двигателем, выходы которого соединены соответственно с двигателем и блоком преобразования сигнала с блока управления двигателем в величину подвижек анкера, энкодера, соединенного с блоком преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера, при этом выход блока преобразования сигнала с блока управления в величину подвижек анкера и выход блока преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера соединены с блоком сравнения сигналов с блоков управления двигателем и энкодера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для выделения и технического контроля структуры разломной трещиноватости литосферы. Сущность: на основе экспериментальных материалов разнесенных на поверхности сейсмических станций строят карту эпицентров землетрясений исследуемой территории.

Изобретение относится к области геофизики, в частности к способам проведения сейсморазведки, и может быть использовано для поиска подводных полезных ископаемых, а также прогнозирования места, силы и времени сейсмического события, например, землетрясения, извержения подводных вулканов.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для определения темпов изменения температуры пород недр при извлечении или аккумулировании тепловой энергии.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для обеспечения безопасности нахождения на льду людей и материальных ценностей. Заявлен способ мониторинга состояния дрейфующего ледяного поля или припая и прогноза его разлома при сжатии льдов и воздействии волн зыби.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля участков нарушения вечной мерзлоты в Арктической зоне. Сущность: система включает средства дистанционного зондирования подстилающей поверхности, размещенные на высокоширотном космическом носителе (1), Центр (10) тематической обработки, автономные измерители (14) приземной концентрации метана, центральный диспетчерский пункт (17).

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования землетрясений. Сущность: определяют пространственное положение сейсмомагнитных меридианов.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для проведения прогнозно-поисковых работ гидротермальных месторождений рудных полезных ископаемых.

Использование: изобретение относится к геофизическим методам исследований морской среды и предназначено для мобильного поиска месторождений нефти и газа, донных объектов различного назначения, дальнего упреждающего обнаружения признаков зарождения опасных морских явлений (разрушительных землетрясений и волн цунами) на морском шельфе.

Изобретение относится к области геолого-гидродинамического моделирования и может быть использовано при решении задач поиска, разведки и проектирования разработки нефтяных месторождений в условиях сложного строения коллекторов.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования времени возникновения землетрясения. Сущность: ежесуточно забирают воду в глубинной воде Байкала и в двух самоизливающихся скважинах.

Изобретение относится к способу определения напряженного состояния материалов, например горных пород. Технический результат заключается в повышении точности оценки напряженного состояния материалов, из которых состоит сооружение, и, соответственно, повышении надежности его эксплуатации.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения раскрытия трещин при проведении геомеханического мониторинга. Способ включает бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения энергоемкости разрушения горных пород в скважинах, пробуренных из подземных горных выработок.

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород предназначен для определения пространственного распределения напряжений в окрестности горной выработки и глубины максимума зоны опорного давления.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к механическим испытаниям горных пород при объемном сжатии в режиме жесткого нагружения, обеспечивающем контроль процесса деформирования образцов за пределом прочности.

Изобретение относится к горному делу, предназначено для осуществления контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, в том числе имеющего блочную структуру, и может быть использовано для оценки и прогноза устойчивости горных выработок при производстве добычных работ.

Способ заключается в том, что управляюще-регистрирующий сервер регистрирует измерительные сигналы колебаний из установленных в прилегающих к лаве штреках трехмерных геофонных измерительных зондов, синхронно пространственно ориентированных во всех измерительных каналах и в синхронизированном временном интервале, а также в тесной корреляции с сигналами, информирующими о режиме работы и местоположении очистного комбайна в выработке лавы и на этой основе, при взаимодействии с преобразующим сервером, локализует сейсмические явления.

Изобретение относится к определению области распространения, размеров и геометрии трещин и систем трещин, образовавшихся в результате гидроразрыва пласта, конкретно относится к способу и устройству для создания микросейсмических событий внутри трещин и систем трещин.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке карбонатных месторождений с целью комплексной подготовки для переработки минерального сырья.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения направления действия и значений главных напряжений в горном массиве, оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Изобретение относится к устройству для мониторинга и способу мониторинга отдельного слоя кровли в горной разработке на основе волоконной решетки. Технический результат заключается в повышении безопасности за счет более высокой эффективности мониторинга и точности измерений. Устройство для мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки содержит перпендикулярный измерительный ствол (1), установленный в пробуренном в кровле отверстии, и компоновочный кожух (19) компоновки оборудования, присоединенный снизу к перпендикулярному измерительному стволу (1). Установочные кронштейны (6) направляющего ролика и установочные кронштейны (7) ролика со стальной лентой симметрично установлены на верхнем участке компоновочного кожуха (19), и консольные балки (15) постоянной прочности симметрично установлены на нижнем участке. Натяжные пружины (16) установлены на противоположных концах консольных балок (15) постоянной прочности. Другие концы двух натяжных пружин (16) соединены со стальным проволочным канатом (3). Стальной проволочный канат (3) проходит через ролики (17) со стальной лентой и направляющие ролики (18), и проходит наружу из выводного отверстия (2) стального проволочного каната на вершине перпендикулярного измерительного ствола (1). Концевая головка стального проволочного каната (3) соединена с анкерной головкой (5). Волоконные решетки А (8) и волоконная решетка В (9) симметрично установлены на левых сторонах и правых сторонах консольных балок (15) постоянной прочности. Волоконные решетки А (8) и волоконные решетки В (9) выходят наружу из выводного отверстия (10) волокна, через одинаковое волокно (12) и соединены с соединителем (14) волокна. Также раскрыт способ мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ с применением устройства для мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности относится к области измерительной техники, в частности к методу измерения относительных перемещений двух точек на земной поверхности или отдельных участков инженерных и строительных сооружений, разнесенных на значительные расстояния, происходящих из-за воздействия природных и экзогенных процессов. Устройство для измерения деформаций земной поверхности состоит из троса 1, закрепленного за анкер 2, который, пройдя искривления трассы, через подвижный блок 3 попадает на вал 4 электродвигателя 5 с большим коэффициентом редукции и датчиком угла поворота вала. Двигатель закреплен на основании корпуса системы измерения 5 прибора. На вале двигателя 4 все время остается несколько витков троса, что обеспечивается приторможенной буферной катушкой 6 с достаточным запасом троса, обеспечивающим возможность измерений даже при значительных подвижках анкера. В систему введено приспособление для измерения силы натяжения троса 7, с помощью которого измеряется сила натяжения троса. Напряжение с приспособления для измерения силы натяжения троса 7 поступает на вход блока обработки сигнала 8, выход которого соединен с входом блока управления двигателем 9, где формируется сигнал разности между цифровым сигналом с приспособления для измерения силы натяжения троса и введенным в его память значением, отвечающим определенной пороговой величине силы F0 - заранее заданной небольшой силе натяжения. Выходы с блока 9 соединены соответственно с двигателем 5 и блоком 10 преобразования сигнала с блока управления двигателем в величину подвижек анкера. Вычисление значения подвижек анкера происходит в блоке 10 преобразования выходного сигнала с блока 9 в величину подвижек анкера. Для получения независимой информации о перемещениях анкера в измерительный тракт введен энкодер 11, соединенный с входом блока 12 преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера. Выходы блоков 10 и 12 соединены с входом блока сравнения сигналов 13, в котором на основе анализа данных о величинах деформаций и с учетом геологических особенностей объекта наблюдений делается заключение о степени опасности развивающихся процессов. Технический результат – повышение точности результатов измерений. 1 ил.

Наверх