ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
DISPLACEMENT SENSOR

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических, в частности перемещений, величин и может использоваться в системах мониторинга технического состояния зданий и сооружений.
Известен датчик для измерения больших, медленно меняющихся перемещений, содержащий корпус, измерительный инструмент, расположенный в корпусе и выполненный в виде струны, подвижный элемент, выполненный в виде охватывающего корпус цилиндра, наконечник, связанный с подвижным элементом и выделяющей на струне два рабочих участка и два преобразователя измеряемых величин в электрический сигнал (авт. св. №372464).
Основным недостатком данного изобретения является низкая точность измерения, из-за невозможности контроля за натяжением струны, которая во времени изменяется как от релаксации материала струны, так и от некачественного закрепления струны в ниппелях.
По авт. св. на изобретение №583371 известен датчик перемещения, корпус которого содержит измерительный элемент в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндра, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящей посадке, выделяющих внутри цилиндра участок струны постоянной длины. На образующей цилиндра в средней его части расположен преобразователь натяжения струны в электрический сигнал. Под рабочими участками и струной, расположенными за; пределами цилиндра, размещены два преобразователя измеряемой величины в электрический сигнал, при этом герметизация корпуса осуществлена за счет сильфона.
Существенным недостатком известного датчика перемещения является то, что регистрация измеряемых перемещений возможна только при включенной вторичной аппаратуре. В интервалах времени, при выключенной или поврежденной вторичной аппаратуре, получение информации от датчика перемещения прекращается. Однако в этих интервалах времени как раз и возможны превышения максимальных значений перемещений строительных конструкций от их предельно допустимых значений, что может привести к разрушениям и не предсказуемым последствиям.
Определяющим параметром при оценке срока безопасной и надежной эксплуатации строительных конструкций являются максимальные значения параметров их напряженно-деформированного состояния, в том числе перемещений.
Задачей заявляемого технического решения является создание датчика перемещения, в котором отсутствуют приведенные выше недостатки.
Поставленная задача достигается тем, что датчик перемещения снабжен дополнительным подвижным наконечником в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, собачка и прижимная пружина которого закреплены на корпусе датчика перемещения, а третий преобразователь закреплен в полости дополнительного подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником отверстия, в одном из которых имеется скользящая посадка, выделяющая дополнительный участок струны.
0
На фиг. 1 представлено положение элементов датчика перемещения в момент установки его на объект (момент времени t), на фиг. 2 представлено положение элементов датчика перемещения при достижении максимально возможного перемещения, на фиг. 3 представлено положение элементов датчика перемещения, при текущем значении перемещения, величина которого ниже максимального значения за весь предыдущий период измерения.
3
1
2
2
Корпус датчика перемещения (1) содержит измерительный элемент (2) в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент (3), воспринимающий перемещение с помощью тяг (4), связанный с первым подвижным наконечником (5), выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями (6) в торцах цилиндра, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящей посадке, выделяющих внутри цилиндра участок (7) струны постоянной длины (l). На образующей цилиндра первого наконечника в- средней его части расположен первый преобразователь (8) натяжения струны в электрический сигнал. Под первым рабочим участком (l) струны (9), расположенным за пределом первого наконечника, размещен второй преобразователь (10) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал, закрепленный на корпусе датчика перемещения. Под вторым рабочим участком (l) струны (11), расположенным за пределом первого наконечника, размещен третий преобразователь (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал. Герметизация корпуса осуществлена за счет сильфона (13). Второй подвижный наконечник (14) выполнен в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа (15), собачка (16) и прижимная пружина (17) которого закреплены на корпусе датчика перемещения, а третий преобразователь (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал закреплен в полости цилиндра второго подвижного наконечника, (14), который имеет соосные с первым подвижным наконечником (5) отверстия (18, 19, 20, 21, 22, 23, 25), при этом в отверстии (21) имеется скользящая посадка (24), выделяющая второй рабочий участок (l) струны. Для проводки кабелей от преобразователей (8, 10, 12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал используются отверстия (26, 27, 28, 29).
Принцип работы датчика перемещеня.
Выделенный участок струны (7) внутри первого наконечника (5) с помощью соосных отверстий (6) всегда остается постоянной длины, а частота его колебаний может изменяться только при изменении натяжения струны, которое должно быть стабильным, при этом этот участок струны совместно с преобразователем (8) используется для контроля стабильности струны.
0
Положение конструктивных элементов датчика перемещения в начальный момент времени t (в момент установки на объекте, когда перемещение Δl=0) представлено на фиг. 1-3.
1
3
На фиг. 4 представлена диаграмма изменения значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала второго преобразователя (10) при постоянно включенной вторичной аппаратуре системы мониторинга, на фиг. 5 представлена диаграмма изменения максимального значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала третьего преобразователя (12), на фиг. 6 представлена диаграмма изменения значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала второго преобразователя (10) в случае отключения вторичной аппаратуры системы мониторинга на интервале времени t-t.
1
1
1
1
2
1
При измерении перемещения (перемещении на некоторую величину Δl) подвижный элемент (3), жестко скрепленный с помощью тяг (4) с первым подвижным наконечником (5), перемещается относительно корпуса (1) на величину перемещений Δl, изменяя (увеличивая) рабочую длину (l) первого рабочего участка струны (9) на величину перемещений Δl. На такую же величину сместится второй подвижный наконечник (14), уменьшив длину второго рабочего участка струны (l) на такую же величину Δl.
Величину текущего значения перемещения определяют по частоте колебаний первого рабочего участка струны (9), а величину максимального значения перемещения - по частоте колебаний второго рабочего участка струны (11).
1
1
1
1
1
1
1
2
1
При этом второй подвижный наконечник (14) свободно перемещается относительно корпуса (1) датчика перемещения вместе с первым подвижным наконечником (5) до достижения максимального значения на момент проведения измерения Δl. Как только текущее значение перемещения начнет уменьшаться (в момент времени t), сработает «собачка» храповика, зафиксировав максимальное значение перемещения Δl за все время измерения, а первый подвижный наконечник (5) продолжит свое движение в сторону меньших значений перемещения. Если за все время последующих измерений значение перемещений не превысит величины Δl, положение второго подвижного наконечника (14) не изменится, а частота колебаний второго рабочего участка струны (11) будет оставаться постоянной, соответствующей значению перемещения в момент времени t. При превышении значения перемещения на величину Δl, т.е. начнет увеличиваться относительно своего значения в момент времени t, первый подвижный наконечник (5) начнет перемещать второй подвижный наконечник (14) в сторону больших значений перемещений, а при уменьшении значения перемещения (в момент времени t), снова сработает «собачка» храповика, зафиксировав максимальное значение перемещения за все время измерения (Δl), а первый подвижный наконечник (5) продолжит свое движение в сторону меньших значений перемещения. Данный процесс будет повторяться каждый раз, когда измеряемая величина (перемещение) превысит значение предыдущего максимума.
Таким образом, при включенном питании вторичной аппаратуры датчик перемещения позволяет получать следующую информацию:
3
- с выхода первого преобразователя (8) натяжения струны в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания участка (7) струны постоянной длины (l)), которая используется для контроля постоянства силы натяжения струны (2);
1
- с выхода второго преобразователя (10) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания первого рабочего участка (l) струны (9)), которая используется для контроля текущего значения измеряемой величины Δl;
2
- с выхода третьего преобразователя (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания второго рабочего участка (l) струны участка (11)), которая используется для контроля максимального значения измеряемого параметра (перемещения) за весь период эксплуатации датчика.
1
3
При отключенном питании вторичной аппаратуры (интервал времени от t до t, например, в случае аварии, см. фиг. 6) информация с выходов преобразователей (8, 10, 12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал не поступает, также как у известного датчика по авт.св. на изобретение 583371.
3
1
3
3
При восстановлении питания вторичной аппаратуры (момент времени t фиг. 4-6) с выходов датчика перемещения по авт. св. на изобретение 583371 появляется возможность получить информацию (частоту или период колебания участка струны постоянной длины), которая используется для контроля постоянства силы натяжения струны, и информацию (частоту или период колебания рабочих участков), которая используется только для контроля текущего значения измеряемого параметра (перемещения). При этом получить информацию о максимальном значении измеряемого параметра (перемещения) на интервале времени от t до t, например, в случае аварии, см. фиг. 6 не представляется возможным. Такая возможность появляется у предлагаемого датчика перемещения, у которого при включении питании вторичной аппаратуры (в момент времени t) датчик перемещения позволяет получать следующую информацию:
3
- с выхода первого преобразователя (8) натяжения струны в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания участка (7) струны постоянной длины (l)), которая используется для контроля постоянства силы натяжения струны (2);
1
- с выхода второго преобразователя (10) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания первого рабочего участка (l) струны (9)), которая используется для контроля текущего значения измеряемой величины Δl (перемещения);
2
0
- с выхода третьего преобразователя (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания второго рабочего участка (l) струны участка (11)), которая используется для контроля максимального значения измеряемого параметра (перемещения) за весь период эксплуатации датчика (на интервале времени от t до t).
Сопоставительный анализ изобретения позволяет сделать вывод, что новым является, то что для обеспечения регистрации не только текущего значения перемещения, но и максимального за весь предыдущий период измерения, датчик перемещения снабжен вторым подвижным наконечником в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, «собачка» и прижимная пружина которого, закреплены на корпусе датчика, а третий преобразователь закреплен в полости второго подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником, отверстие в одном из которых имеется скользящая насадка, выделяющая второй рабочий участок струны.
В датчике перемещения заявлены не известные технические решения, идентичные совокупности признаков заявленного датчика перемещения, что определяет по мнению заявителей, соответствие критерию «новизна». Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяют сделать вывод о соответствии критерию изобретению «изобретательский уровень».
Изобретение позволяет одновременно контролировать как текущие значения перемещений, так и их максимальные значения за все время контроля с момента установки датчика перемещения на объекте даже в том случае, когда вторичная аппаратура выключена или повреждена, и провести оценку срока безопасной и надежной эксплуатации строительных конструкций, в соответствии с замеренными максимальным значениями параметров напряженно-деформированного состояния (перемещениями).