УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
DEVICE FOR MEASURING THE STRAIN OF SOLIDS

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения деформации опор, находящихся под нагрузкой, и может быть использовано для измерения и контроля деформации опорных элементов, предназначенных для магистральных газопроводов.
Известно устройство для измерения деформации бетонных опор, выполненное в виде ультразвукового тестера, при помощи которого обеспечивается измерение времени скорости распространения ультразвуковых волн. По полученному среднему значению времени распространения ультразвука в поперечном направлении и по его отношению к времени распространения в продольном направлении оценивают несущую способность опоры (Козлов В.Н. и др. «Указания по техническому обслуживанию конструкций контактной сети», М.: Трансиздат, 1966 г., с. 120).
Недостатком данного устройства является относительно низкая точность измерения деформации, сложность измерения в труднодоступных местах и низкая производительность при измерении протяженных участков размещения опор.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является устройство для измерения деформации твердых тел, представляющее собой многоканальное тензометрическое устройство, содержащее средство для измерения деформации в виде тензодатчиков соединенных с блоком питания, аналого-цифровой преобразователь и балансировочное устройство в виде цифровой мостовой схемы с цифровыми потенциометрами и дифференциальными усилителями (патент РФ №2249190 по кл. G01L 1/22 от 27.03.2005 г.).
Недостатком данного устройства является относительно низкая чувствительность и точность измерения деформации в условиях пониженных температур, относительно низкие эксплуатационная надежность устройства при измерениях деформации и оперативность передачи данных на протяженных участках размещения опор.
При эксплуатации данных устройств в условиях низких температур (до -50°С) появляются температурные трещины в поверхностных слоях опор, ухудшающие состояние опор, снижая долговечность их эксплуатации и являются началом разрушения опор.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении чувствительности и точности измерения, повышении эксплуатационной надежности и оперативности передачи данных измерений как в условиях умеренного климата, так и в условиях низких температур.
Поставленная задача решается за счет того, устройство для измерения деформации твердых тел, содержит тензоизмерительные блоки с тензодатчиками, блок питания, и аналого-цифровым преобразователь, снабжено электронным концентратором, и блоком ретранслятора, при этом каждый тензоизмерительный блок дополнительно содержит приемопередатчик, транзисторный ключ, микропроцессор и датчик температуры, тензодатчики соединены с транзисторным ключом и с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом микропроцессора, выход которого соединен с приемо-передатчиком, датчик температуры соединен с микропроцессором, при этом тензоизмерительные блоки установлены друг от друга на расстоянии, обеспечивающим перекрытие зоны действия тензометрических блоков, а блок ретранслятора содержит приемо-передающий модуль, радиомодем, транзисторный ключ, импульсный источник питания, микропроцессор и температурный датчик, при этом выход приемопередающего модуля соединен с входом микропроцессора, выход которого соединен с радиомодемом, другой выход микропроцессора соединен с транзисторным ключом, вход которого соединен с источником постоянного тока, а выход соединен с радиомодемом, выход импульсного источника питания соединен с микропроцессором при этом выходной канал радиомодема по радиоканалу соединен с электронным концентратором.
На фиг. 1 представлена иллюстрация сети передачи данных от тензодатчиков.
На фиг. 2 представлена блок схема тензоизмерительного блока с тензодатчиками.
На фиг. 3 представлена блок схема ретранслятора.
Устройство для измерения деформации твердых тел содержит тензоизмерительный блок 1 с тензодатчиками 2, блок ретранслятора 3, и электронный концентратор 4.
Тензоизмерительный блок содержит блок питания 5, аналого-цифровой преобразователь 6, приемо-передатчик 7, транзисторный ключ 8, микропроцессор 9 и датчик температуры 10, тензодатчики 2 соединены с транзисторным ключом 8 и с входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого соединен со входом микропроцессора 9, выход которого соединен с приемопередатчиком 7, датчик температуры 10 соединен с микропроцессором 9.
Блок ретранслятора 3 содержит приемо-передающий модуль 11, радиомодем 12, транзисторный ключ 13, импульсный источник питания 14, микропроцессор 15, температурный датчик 16 и источник постоянного тока 17, при этом выход приемопередающего модуля 11 соединен с входом микропроцессора 15, выход которого соединен с радиомодемом 12, другой выход микропроцессора соединен с транзисторным ключом 13, вход которого соединен с источником постоянного тока 17, а выход соединен с радиомодемом, выход импульсного источника питания 14 соединен с микропроцессором при этом выходной канал радиомодема 12 по радиоканалу соединен с электронным концентратором 4.
Устройство для измерения деформации твердых тел работает следующим образом.
Перед включением устройства, на опорах, (условно не показанных на фиг. 1), предназначенных для магистральных труб закрепляют тензодатчики 2 и устанавливают тензоизмерительные блоки 1.
Каждый тензоизмерительный блок содержит четыре тензодатчика. Тензоизмерительные блоки установлены друг от друга на расстоянии, обеспечивающим перекрытие зоны действия тензометрических блоков образуя узел передачи данных от узла к узлу по всей длине магистрального трубопровода (фиг. 1). Блок ретранслятора 3 размещают в конце узла передачи данных (фиг. 1).
При включении блока питания 5 тензоизмерительного блока 1 и через транзисторный ключ 8 подключаются тензодатчики 2, реагирующие на деформации сжатия, растяжения и сдвига опор.
Подключение тензодатчиков осуществляется один раз в час. Показания сигналов с тензодатчиков поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6 выход которого соединен с микропроцессором 9. Измеренные данные передаются приемопередатчиком 7 по радиоканалу к блоку ретранслятора 3 на приемопередающий модуль 11 c передачей сигнала через микропроцессор 5 на радиомодем 12 и, соответственно, на электронный концентратор 4. Электронный концентратор «собирает» данные со всех узлов передачи данных с последующей передачей их в диспетчерскую по сети GSM модема или Ethernet или USB (если электронный концентратор непосредственно подключен к ЭВМ диспетчера
Связь измерительных модулей между собой осуществляется приемопередающим модулем 11, с обеспечением перекрытия зоны действия тензометрических блоков между собой, образуя узел передачи данных от узла к узлу по всей длине магистрального трубопровода, что позволяет при выходе из строя приемопередающего модуля автоматически сохранять передачу данных в ретранслятор, что в конечном итоге повышает эксплуатационную надежность устройства.
Температурный датчик 5 дает возможность определять температуру окружающей среды и скорректировать изменения показаний тензодатчиков.
Данное устройство позволяет повысить чувствительность и точность измерения деформации опор, эксплуатационную надежность и оперативность передачи данных измерений в условиях умеренного климата и низких температур (до -50°С).