Инклинометрия. Инклинометрия Инклинометрия это
 Скачать 242.76 Kb.
|
|
Инклинометрия Инклинометрия - это метод оценки положения объектов относительно друг друга и в окружающем пространстве и определения основных параметров углов наклона зданий и сооружений. Геотехнический мониторинг и контрольно-измерительные приборы ‒ это обширная область, которая включает управление рисками, структурный мониторинг здоровья, предотвращение опасностей и системы раннего предупреждения с использованием геотехнических датчиков. Одним из таких геотехнических инструментов является инклинометр (датчик угла наклона). Инклинометр ‒ это датчик, который измеряет величину наклона, крен, отклонения объекта относительно силы тяжести. Датчики измерения наклона бывают разных типов и размеров. Здесь мы обсудим все различные типы инклинометров, как они работают и для чего они используются Фотографии инклинометров Угломер Mini Digital Protractor Области применения инклинометра. Инклинометр используется для измерения величины угла наклона или угловых деформаций любой конструкции. Величина отклонения изображается в процентах или градусах относительно гравитационного поля Земли. Разные типы инклинометров применяются в различных областях:
- Контроль безопасных углов наклона автокранов и землеройных машин, в особенности — крупных - Контроль состояния опор мостов, трубопроводов - Слежение за состоянием архитектурных сооружений и высотных зданий - Непосредственное измерение углов наклона транспортных магистралей с движущегося транспортного средства - Контроль угла наклона кузова автомобиля в противоугонных системах. Выделяются следующие сегменты потребителей:
- Крупные энергетические корпорации – РОСАТОМ, РУСГИДРО и т.д. - РЖД, Метрополитен и т.д. - Высотные и уникальные объекты В России ежегодно фиксируется от одного до двух десятков случаев частичного или полного обрушения строительных и инженерных конструкций, среди которых жилые дома, объекты инфраструктуры, промышленные и коммерческие объекты. В настоящее время наблюдается тенденция повышения внимания к безопасности различных объектов, конструкций и сооружений. Для предотвращения деформаций и обрушений конструкций применяются различные системы мониторинга, позволяющие контролировать различные физические параметры и при необходимости оперативно предпринимать действия с целью предотвращения опасных ситуаций. Использование систем мониторинга с применением инклинометров и других датчиков решает следующие проблемы: - риски деформации, полного или частичного обрушения строительных и инженерных конструкций под воздействием различных факторов (превышение допустимой нагрузки, неправильная эксплуатация, изменение естественного баланса подземных вод приводит к изменению напряжённо-деформированного состояния грунтового массива и уплотнению грунтов в пределах депрессионных воронок, и пр.); - риски выхода из строя важных объектов в случае деформации или обрушения; - возможные человеческие жертвы при деформации или обрушении объектов. Наши инклинометры широко используются при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. Типы инклинометров Виды инклинометров настолько разнообразны, что при помощи комбинации необходимого оборудования (датчиков угла наклона, устройств сбора и хранения данных) можно решить любую даже самую сложную задачу в строительстве, горнодобывающей промышленности и других областях. Процедура установки инклинометра зависит от области применения. Он может быть установлен вертикально, чтобы контролировать откос выемки или любое движение в стенке и насыпи. Для контроля осадки грунта над местом туннелирования инклинометры устанавливаются горизонтально. Типы инклинометров обычно классифицируются по нескольким признакам: - По методам измерений - По числу осей измерений - По статичности объекта - По способу регистрации измерений ООО «НПЦ «БАУ-МОНИТОРИНГ» производит два типа инклинометров: 1. Приборы, на основе кварцевой механике, маятниковые инклинометры одно- и двухосевые. 2. Приборы, на основе технологии mems, инклинометры одно- и двухосевые. В строительстве используются ручные и электронные наклономерты, наиболее широкое распространение получили следующие типы приборов:
Принцип работы маятникового электронного инклинометра С помощью маятника измеряется угол наклона в инклинометрах Горизонт Схема измерения угла наклона с помощью инклинометра маятникого типа показана на рисунке L1 < L3; L2 > L4. Маятник помещен в сосуд с токопроводящей жидкостью, электроды расположены на основании, с вязанном с поверхностью, наклон которой измеряется. Маятник, под действием гравитации всегда будет ориентирован вертикально. При измерении угла наклона расстояние между маятником и электродами будет изменяться, значит будет измениться и толщина слоя жидкости между маятником и электродами, что в вызовет изменение сопротивления, которое фиксируется электронными датчиками, и передается на вторичный преобразователь. С помощью датчиков угла наклона можно контролировать положение ответственных элементов конструкций и сооружений: зданий, мостов, шахт, плотин, трубопроводов, подъемных механизмов и т.д Инклинометр (датчик крена) представляет собой дифференциальный емкостной преобразователь наклона, включающий в себя чувствительный элемент в форме капсулы. Капсула (рис. 118) состоит из подложки с двумя планарными электродами, покрытыми изолирующим слоем, и герметично закрепленным на подложке корпусом. Внутренняя полость корпуса частично заполнена проводящей жидкостью, которая является общим электродом чувствительного элемента. Общий электрод образует с планарными электродами дифференциальный конденсатор. Выходной сигнал датчика пропорционален величине емкости дифференциального конденсатора, которая линейно зависит от положения корпуса в вертикальной плоскости. Рис. Общий вид инклинометра ИН-М Инклинометр спроектирован так, что имеет линейную зависимость выходного сигнала от угла наклона в одной – так называемой рабочей плоскости и практически не изменяет показания в другой (нерабочей) плоскости, при этом его сигнал слабо зависит от изменения температуры. Для определения положения плоскости в пространстве используется два, расположенных под углом 90° друг к другу инклинометра. Малогабаритные инклинометры с электрическим выходным сигналом, пропорциональным углу наклона датчика, являются сравнительно новыми приборами. Их высокая точность, миниатюрные размеры, отсутствие подвижных механических узлов, простота крепления на объекте и низкая стоимость делают целесообразным использовать их не только в качестве датчиков крена, но и заменять ими угловые датчики, причем не только на стационарных, но и на подвижных объектах. Одноемкостный датчик прост по конструкции и представляет собой один конденсатор с переменной емкостью. Его недостатком является значительное влияние внешних факторов, таких как влажность и температура. Для компенсации указанных погрешностей применяют дифференциальные конструкции. Недостатком таких датчиков по сравнению с одноемкостными является необходимость как минимум трех (вместо двух) экранированных соединительных проводов между датчиком и измерительным устройством для подавления так называемых паразитных емкостей. Однако этот недостаток окупается существенным повышением точности, стабильности и расширением области применения таких устройств. В некоторых случаях дифференциальный емкостный датчик создать затруднительно по конструкторским соображениям (особенно это относится к дифференциальным датчикам с переменным зазором). Однако если и при этом образцовый конденсатор разместить в одном корпусе с рабочим, выполнить их по возможности идентичными по конструкции, размерам, применяемым материалам, то будет обеспечена значительно меньшая чувствительность всего устройства к внешним дестабилизирующим воздействиям. В таких случаях можно говорить о полудифференциальном емкостном датчике, который, как и дифференциальный, относится к двухъемкостным. Специфика выходного параметра двухъемкостных датчиков, который представляется как безразмерное соотношение двух размерных физических величин (в нашем случае – емкостей), дает основание именовать их датчиками отношения. При использовании двухъемкостных датчиков измерительное устройство может вообще не использоваться. Неэлектрические величины, подлежащие измерению и контролю, весьма многочисленны и разнообразны. Значительную их часть составляют линейные и угловые перемещения. На основе конденсатора, у которого электрическое поле в рабочем зазоре равномерно, могут быть созданы конструкции емкостных датчиков перемещения двух основных типов с: ■ переменной площадью электродов; ■ переменным зазором между электродами. Емкостные измерительные преобразователи угловых перемещений подобны по принципу действия емкостным датчикам линейных перемещений, причем датчики с переменной площадью также более целесообразны в случае не слишком малых диапазонов измерения (начиная с единиц градусов), а емкостные датчики с переменным угловым зазором могут с успехом использоваться для измерения малых и сверхмалых угловых перемещений. Обычно для угловых перемещений используют многосекционные преобразователи с переменной площадью обкладок конденсатора. В таких датчиках один из электродов конденсатора крепится к валу объекта, и при вращении смещается относительно неподвижного, меняя площадь перекрытия пластин конденсатора. Это в свою очередь вызывает изменение емкости, что фиксируется измерительной схемой. Достаточно широкое применение емкостные преобразователи нашли для измерения уровня нетокопроводящей жидкости (нефть, мазут) при этом емкостной датчик представляет собой два параллельно соединенных конденсатора. Принцип работы и устройство инклинометров. 1. Одно/ двухосевые инклинометры на основе кварцевой механики. На данный момент использование мониторинговых систем на базе инклинометров, акселерометров и различных датчиков деформации распространено. Однако инклинометры (ИН120, ИН130, ИН203, ИН230) на основе датчиков из кварцевого стекла являются уникальными наклономерами. Использование кварца в качестве чувствительного элемента гарантирует высокую стабильность и высокую точность измерений. Инклинометры линейки ИН, диапазон измерений угловых перемещений по осям Х и Y, выпускаемые с диапазоном ±1°, ±3°, ±30°. Это цифровые датчики для измерений угла наклона различных объектов, относительно гравитационного поля Земли. Инклинометры линейки ИН широко используются при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. Система измерений углов наклона предназначена для преобразования угловых перемещений и малых углов наклона в цифровой двоичный последовательный код и передачи его по интерфейсу RS-485. Установленный разъем для подключения инклинометра вилка РС7БТВ. Кабель для подключения инклинометра, НК-2 с розеткой РС7БТВ. Кварцевые цифровые наклономеры линейки ИН это: • Кварцевая механика • Нечувствительность к повышенным вибрациям • Двойная гальваническая развязка – по аналоговой и цифровой части • Цифровой интерфейс • Встроенная охранная сигнализация Инклинометры с применением технологии MEMS Такие инклинометры называются MEMS-инклинометрами. В настоящее время технология MEMS (микроэлектромеханические системы) используется для создания датчиков угла и наклона. МЭМС состоят из механических элементов, датчиков, исполнительных механизмов и электроники на общей кремниевой подложке с использованием технологии микро-обработки. Ускорение вызывает отклонение контрольной массы от ее центрального положения. Есть 32 набора радиальных элементов вокруг четырех сторон квадратной контрольной массы. Эти элементы расположены между пластинами, которые прикреплены к подложке. Каждый элемент и пара неподвижных пластин составляют дифференциальный конденсатор. Отклонение контрольной массы определяется путем измерения дифференциальной емкости. С помощью этого способа можно определять как динамическое ускорение (то есть удар или вибрация), так и статическое ускорение (то есть наклон или вращение). Формирование сигнала осуществляется в пределах самого устройства, так что получается простой выходной сигнал. MEMS инклинометр цифровой двухосевой АЦт90, предназначен для непрерывного измерения углов наклона по двум осям X, Y на диапазон ±90°. Инклинометр АЦт90 Российского производства, внесен в реестр средств измерений как акселерометр-инклинометр АЦт90. Номер в Госреестре 73369-18. Свидетельство об утверждении типа средств измерений на акселерометр-инклинометр ОС.С.28.004. А №72174 от 14.12.2018г. Инклинометр АЦт90, преобразует угловые перемещения и малые углы наклона, в цифровой двоичный последовательный код и передачи его по интерфейсу RS-485. Частота опроса инклинометра регулируется, и задается при оформлении Заказа. Для идентификации данных с цифрового инклинометра АЦт90, возможно его подключение на контроллер MS4812 , который формирует питание инклинометров, управляет их опросом и все принятые данные записывает на карту micro SDHC или передает на сервер. Двухосевой цифровой инклинометр, представляет собой преобразователь сигналов датчика угла наклона, включая калибровку, их преобразование в цифровую форму и передачу по интерфейсу RS-485. Рекомендуется сигналы интерфейса RS-485 и питание подавать одновременно по кабелю «витая пара». Калибровка инклинометра на диапазон ±90°, проводится по двум измерительным осям, на поверенном высокоточном оборудовании, с ценой деления отчетной шкалы 5" . Установка инклинометра на объекте, угловое положение которого необходимо контролировать, возможна как в горизонтальном, так и вертикальном положении. |