УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для оценки и прогнозирования технического состояния судоходных шлюзов, причальных сооружений, конструкций зданий и других строительных сооружений по результатам непрерывного или с заданной периодичностью измерения величин смещения одной секции (части) строительной конструкции относительно другой и определения величины расхождения швов и трещин между ними.
До настоящего времени определение расхождения секций судоходных шлюзов на территории России осуществляется с использованием ручного инструмента и щелемеров (см. «Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их основными геодезическими методами». - М.: Энергия, 1980, стр. 103). Контроль состояния сооружений проводится работниками служб мониторинга, которые регистрируют измеряемые значения визуальных наблюдений. Вместе с тем анализ результатов таких наблюдений показал, что дискретные измерения не обеспечивают своевременное определение критических расхождений секций и не дает возможность принять необходимые меры по устранению причин таких деформаций, а также производить оценку их тренда.
Более достоверные и объективные сведения позволяют получить устройства, используемые на особо опасных объектах (см. пат. РФ №2178049, МПК E04D 23/00, G01B 5/30, опубл. 2002 г.; пат. РФ №2448225, МПК E04D 23/00, опубл. 2012 г.). С помощью механических и электрических щелемеров снимаются величины смещений секций или элементов конструкций, разделенных трещинами. Система мониторинга технического состояния зданий и сооружений позволяет осуществлять достаточно точные измерения расхождений швов и трещин строительных конструкций с использованием датчика с часовым механизмом. Датчик оснащен электронным преобразователем и радиомодулем, который позволяет получать непрерывную информацию о смещениях с передачей ее на расстояние. Недостатком устройств является их достаточно большие габариты и высокая стоимость.
Выпускаемые отечественными производителями щелемеры являются механическими и не позволяют осуществлять непрерывный мониторинг величины расхождений швов и трещин строительных конструкций. Разрешающая способность таких приборов оставляет порядка 0,1 мм.
Зарубежными фирмами выпускаются как механические, так и электронные устройства, однако они являются преимущественно одноосными. К таким приборам относится продукция компании ЕАКТН 8У8ТЕМ (Электронный ресурс http://nsd52.ru/schelemery/), позволяющая выполнять измерения в заданном диапазоне более 30 мм с необходимой разрешающей способностью менее 0,1 мм. Недостатком электронных одноосных щелемеров является невозможность компактного размещения измерительного устройства при измерениях расхождений швов и трещин в нескольких направлениях. К одноосным системам также относится отечественная радиотелеметрическая система контроля раскрытия температурно-осадочных швов «Радон Щ-08М-1». Недостатком системы является недостаточная точность измерения расхождений швов в заданном диапазоне, которая ограничивается величиной до 10 мм. В отличие от одноосных прибор ТТ-1 Tell-Tale Crack Monitor, разработанный итальянской фирмой 818СЕО, является трехосным. Он отвечает требованиям по разрешающей способности, однако, не обладает возможностью автоматизированной передачи информации.
По технической сущности и назначению наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству и принятым за его прототип является система по пат. РФ №108602, МПК G01B 21/22, опубл. 2014 г. Известная система предназначена для осуществления контроля технического состояния строительных сооружений путем измерения крена конструкций. Для измерения угла наклона (крена) используют горизонтальный пузырьковый уровень и веб-камеру, размещенную таким образом, чтобы пузырек уровня полностью присутствовал в кадре веб-камеры. С веб-камеры получают фотоизображение пузырька в горизонтальном пузырьковом уровне, затем полученные кадры обрабатывают с помощью специальной программы в блоке обработки изображения, после чего определяют величину наклона сооружения. Прототип позволяет давать достаточно точную оценку технического состояния строительной конструкции по результатам определения изменения угла наклона стенок всей конструкции. Однако с его помощью не могут быть определены величины смещения одной части (секции) строительной конструкции относительно другой и величины расхождения швов и трещин между ними, возникающие в процессе эксплуатации.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить новый в отличие от прототипа технический результат, заключающийся в обеспечении возможности измерения величин смещения одной секции строительной конструкции относительно другой и определения величины расхождения швов и трещин.
Для достижения указанного результата в устройстве контроля технического состояния строительных конструкций, (содержащем также, как и прототип, веб-камеру, размещенную в светонепроницаемом герметичном корпусе, установленном на верхних горизонтальных поверхностях контролируемого объекта), в отличие от прототипа, корпус выполнен из двух одинаковых и обращенных друг к другу сегментов, в одном из которых размещена дополнительно введенная вертикальная пластина со светящимися метками, а в другом - веб-камера, объектив которой направлен в сторону пластины, при этом верхние части сегментов соединены между собой гибкой вставкой, а нижняя часть каждого сегмента установлена на горизонтальной поверхности соответствующей секции контролируемого объекта, в свою очередь метки на пластине расположены в вершинах равнобедренного треугольника, основание которого параллельно поверхностям нижних частей сегментов. При этом светящиеся метки могут быть выполнены из светодиодов или стекловолокна, соединенного с источником света.
Фиксация смещений частей конструкции осуществляется путем обработки цифрового фотоизображения меток от веб-камеры в блоке обработки изображений в линейные метрические величины расхождений. Дальнейшая обработка результатов мониторинга заключается в сравнении получаемой величины расхождений строительных конструкций (деформации швов и трещин) с предельными значениями.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа, а также анализ выявленной информации в области измерительной техники показал, что поставленная задача - контроль расхождений деформационных швов и трещин строительных конструкций решается в результате новой совокупности признаков и позволяет сделать вывод о соответствии устройства, предлагаемого в качестве полезной модели, критерию «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется эскизами, где
на фиг. 1 - приведен внешний вид устройства в аксонометрической проекции
на фиг. 2 - схематическое изображение устройства,
на фиг. 3 - поперечный разрез устройства.
Заявляемое устройство содержит (фиг. 1) левый 1 и правый 2 сегменты корпуса из светонепроницаемого прочного материала с основаниями для крепления к поверхностям частей контролируемой конструкции. Гибкая вставка 3 закрепляется на сегментах с помощью хомутов. Внутри сегмента 1 установлена веб-камера 4 (фиг. 2). Внутри сегмента 2 на вертикальной пластине 5 размещены три светящиеся метки. Метки расположены по углам равнобедренного треугольника, одна грань которого параллельна основанию сегментов, и могут быть выполнены в виде светодиодов или обжатых оптических волокон.
Объектив камеры направлен на пластину со светодиодами. Для опытного образца была выбрана 118 В камера с фокусным расстоянием объектива f ~4,1 мм и разрешением съемки 640 на 480 пикселей.
Для увеличения точности результата измерений могут быть использованы камеры с более высоким разрешением. Для изменения расстояния между сегментами устройства можно использовать камеру с объективами разных фокусных расстояний. Для оптимальной видимости ширину вертикальной пластины следует выбирать ~80 мм. Ниже приводятся значения фокусного расстояние объектива камеры и оптимального расстояния от нее до вертикальной пластины.
Три светодиода на вертикальной пластине размещаются таким образом, чтобы два из них находились на горизонтальной линии (параллельной основанию), а третий выше или ниже ее в центе между ними (фиг. 3).
Нормальные условия работы камеры в натурных условиях создает светонепроницаемый корпус, защищающий эти элементы не только от осадков, но и от прямых солнечных лучей, особенно вредных для приборов с высокой чувствительностью.
Обработка кадров, снятых веб-камерой, и вычисление деформации частей конструкции относительно друг друга в двух проекциях осуществляется с помощью компьютерной программы распознавания изображений, которая может быть представлена в виде блока обработки фотоизображения 6 (фиг. 1). Блок 6 также обеспечивает коммутацию питающего напряжения до 5 В (2А) на светодиоды и связь с внешней шиной передачи данных через разъем USB 7 (фиг. 2) для передачи изображения с веб-камеры.
Возможности блока 6, с выхода которого выдается сигнал в цифровой форме, позволяют подключить устройство в общую компьютерную сеть (центр мониторинга), объединяющую другие устройства контроля состояния массива и снабженную блоком сравнения величины деформации с допустимым значением и блоком сигнализации об аварийной ситуации.
Устройство работает следующим образом:
Сектора 1 и 2 закрепляются на смежных поверхностях контролируемых частей конструкции. При первом подключении внешнего вычислительного устройства по разъему USB осуществляется калибровка устройства и фиксация начальных значений центральных осей. В дальнейшем подключение устройства к последовательной шине передачи данным обеспечит его работу с удаленным вычислительным устройством в соответствии с протоколом USB PD.
Обработка изображения осуществляется программно по принципу нахождения «центра тяжести» для трех меток с точностью до 1 пикселя. По найденным центрам можно определить следующие параметры:
- поперечное смещение секторов устройства до 0,2 мм;
- поворот секторов относительно друг друга с точностью до 0,12 угл. мин;
- продольное смещение секторов с точностью от 1 мм.
Предлагаемая полезная модель была создана в результате разработки автоматизированной системы мониторинга технического состояния судоходного шлюза и апробирована в натурных условиях.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость».