Способ контроля качества монтажа защитного заграждения при установке его на опорах
METHOD FOR MONITORING QUALITY OF INSTALLATION OF PROTECTIVE BARRIER WHEN INSTALLING IT ON SUPPORTS

Изобретение относится к методам и средствам диагностики состояния упругости защитных заграждений, в частности используемых в качестве физического препятствия для защиты от несанкционированного проникновения на территорию охраняемого объекта.
К защитным заграждениям относятся заграждения легкого или жесткого типа высотой обычно от 2 до 3,5 метров. Для устойчивости протяженных заграждений используют опоры, которые устанавливают в грунт на определенном расстоянии друг от друга. При монтаже защитного заграждения к опорам крепятся полотна или секции заграждения. Секции заграждения (в промежутках между опорами) могут состоять из сетчатых полотен, сетки «рабица» или из твердотельных конструкций (деревянных, железобетонных, кирпичных), а также из туго натянутых проволок (в том числе «колючих»). Обычный способ монтажа защитного заграждения на объекте обеспечивается путем последовательной установки опор в грунт и закрепления на них полотен (или секций) заграждения. Качество заграждения и его упругость в большой степени зависят от качества установки опор в грунт и их упругости. Обычно опоры при монтаже заграждения утрамбовываются или бетонируются. Один из примеров установки опоры в грунт приведен в патенте RU №2422604, МПК Е04Н 12/22, 17/22, опубл. 2006 г. («Устройство для установки и закрепления в грунте опоры и способ его монтажа и демонтажа»). Учитывая большое количество опор при монтаже протяженного заграждения, качество их установки и упругость могут быть разными из-за неоднородности процессов трамбовки или бетонирования, что может послужить ухудшением качества (упругости) заграждения в целом. Ручной контроль качества установки опор путем их покачивания является неприемлемым из-за субъективной оценки контроля.
Известны защитные сетчатые заграждения (патенты на полезные модели RU №№59677, 68565, 68566, 68567, 69900, 91362, 94609, 102038, 116546, 122414, 136842, 166519 и патенты на изобретения RU №№2266382, 2333327, 2476656), содержащие опоры, заглубленные в грунт, на которых закреплены сетчатые полотна (или секции) заграждения. Сетчатые полотна обычно собирают из скрепленных между собой горизонтально и вертикально ориентированных стальных проволок или прутьев, которые образуют ячейки определенного размера по всему полотну заграждения. Некоторые полотна сетчатых заграждений имеют защитный слой цинкового, полимерного или керамического покрытия. Сетчатые заграждения могут с успехом применяться в качестве сигнализационных заграждений. Поэтому, задача обеспечения однотипного качества монтажа протяженных заграждений с необходимой упругостью является актуальной.
Недостатком обычного способа монтажа защитных сетчатых заграждений является отсутствие объективного контроля за качеством монтажа защитного заграждения при установке его на опорах, заглубляемых в грунт.
Известны устройства, используемые для обеспечения контроля упругости заграждений. Например, для проверки при монтаже упругости заграждений из натянутых проволок могут использоваться устройства для контроля степени натяжения этих проволок. Известно «Устройство для испытания натяжения удлиненного гибкого элемента» (Apparatus for testing tension of elongated flexible member), приведенное в патенте US №20060137476, МПК G01L 5/04, опубл. 2006 г., в котором описан способ проверки натяжения провода. Устройство, реализующее данный способ, включает в себя опору с двумя расположенными на ней штифтами, между которыми расположена пружина. На пружине установлен тензодатчик, измеряющий смещение пружины. Тензодатчик с помощью считывателя подключен к компьютеру. Испытуемый провод располагается между штифтами и прижимается к пружине. Величина смещения пружины измеряется тензодатчиком. Сигнал с тензодатчика передается в компьютер, который вычисляет натяжение испытуемого провода и отображает на индикаторе результат вычисления.
Недостатком устройства является то, что таким устройством можно проверять только натяжение проволок заграждения без контроля упругости установки опор при монтаже.
Известна система «Забор для обнаружения вторжения» (Fence intrusion detection), описанная в патенте US №20110172954, МПК G06F 15/00, опубл. 2011 г., которая выбрана в качестве прототипа. В этой системе описан способ обнаружения нарушителя с помощью забора и системы обнаружения вторжения. Система обнаружения вторжений состоит из 3-осевого акселерометра, установленного на заборе, микропроцессора, выполненного с возможностью обработки сигнала, беспроводного модуля связи с базовой станцией, выполненного с возможностью передачи сигнала на удаленный компьютер с помощью антенны для беспроводного распространения сигнала, и перезаряжаемого источника питания (солнечной батареи). При преодолении забора нарушителем в заборе формируются волновые процессы, создающие механические колебания (вибрацию), которые воздействуют на 3-осевой акселерометр, жестко закрепленный на заборе. 3-осевой акселерометр преобразует механические колебания в электрический сигнал. Микропроцессор осуществляет обработку сигнала с целью определения активного воздействия на забор нарушителя. При выявлении определенных характеристик сигнала микропроцессор устанавливает наличие нарушения и проводит классификацию обнаруженного объекта. Данные об обнаруженном объекте передаются посредством беспроводного модуля связи на удаленный компьютер.
Недостатком способа, описанного в патенте, является отсутствие возможности с помощью системы обнаружения вторжений осуществлять диагностику состояния упругости опор заграждения.
Целью настоящего изобретения является усовершенствование способа контроля качества монтажа защитного заграждения при установки его на опорах для повышения его заградительных свойств путем контроля качества монтажа опор и обеспечения возможности использования защитного заграждения в качестве сигнализационного заграждения при размещении на нем технических средств обнаружения вибрационного принципа действия.
1
В
Н
1
В
Н
2
В
Н
2
В
Н
В
Н
Поставленная цель достигается за счет того, что способ контроля качества монтажа защитного заграждения при установке его на опорах, характеризующийся тем, что включает в себя установку опор в грунт и крепление к опорам полотен (секций) заграждения, при этом проверяют поочередно состояние упругости опор путем тарированного механического воздействия на каждую опору с последующим измерением параметров вибрационного сигнала-отклика, зафиксированного сейсмическим датчиком, жестко установленным на опоре, анализом этих параметров вибрационного сигнала-отклика с последующим выводом о качестве монтажа опоры (годен/не годен). В качестве тарированного механического воздействия используют ударный импульс, вызванный падением на поверхность опоры груза массой т, подвешенного к опоре на нити длинной L, и отведенного на угол α. В качестве параметров вибрационного сигнала-отклика от ударного импульса измеряют максимумы и длительности огибающих его высокочастотной и низкочастотной составляющих для расчета коэффициентов качества упругости опор. В качестве сейсмического датчика используют 3-осевой акселерометр. Первый коэффициент качества упругости опор К определяют как отношение максимумов огибающих высокочастотной М и низкочастотной М составляющих (К=М/М). Второй коэффициент качества упругости опор К определяют, как отношение длительностей огибающих высокочастотной Т и низкочастотной Т составляющих (К=Т/Т). Длительности огибающих высокочастотной Т и низкочастотной Т составляющих определяют по уровню 0,5 максимальной амплитуды U сигнала-отклика.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4.
На фиг. 1 приведен пример протяженного сетчатого заграждения с воздействием на одну из опор заграждения ударным импульсом. На фиг. 1 введены следующие обозначения: 1 - опора, 2 - сетчатое полотно, 3 - груз массой m, 4 - нить длиной L отведенная с грузом на угол α, 5 - модуль контроля, 6 - чувствительный элемент (кабель) вибрационного средства обнаружения. Нить с грузом закреплена на опоре с помощью крючка. Стрелкой на фиг. 1 обозначено направление удара по опоре.
На фиг. 2 приведена структурная схема модуля контроля 5, для реализации предложенного способа. На фиг. 2 введены следующие обозначения: 7 - сейсмический датчик, 8 - процессор, 9 - радиомодем с антенной 10, 11 - аккумуляторная батарея.
На фиг. 3 приведена примерная форма ударного импульса.
На фиг. 4 приведена типичная форма сигнала при реакции опоры на ударное воздействие.
Предложенный способ контроля качества монтажа защитного заграждения при установке его на опорах позволяет усовершенствовать способы оценки качества упругости опор при установки их в грунт.
Для проверки качества монтажа опор необходимо иметь внешнее силовое воздействие одинаковой величины (тарированное воздействие) на все однотипные опоры. В результате проведенных натурных испытаний был сделан вывод, что определяющим воздействием на опору является ударный импульс S. Поэтому тарированное ударное воздействие рассматривается в качестве источника волнового поля. Воздействие на опору силы F за достаточно малый промежуток времени τ отождествляется с понятием ударного воздействия. Из теории механического удара известно, что ударный импульс S (см. фиг. 3) описывается формулой:
Ударный импульс можно использовать при исследовании волновых процессов в опоре. Для получения ударного импульса на практике можно воспользоваться падением груза массой m, закрепленного на нити длиной L и отведенного на угол α (см. фиг. 1). Соблюдение определенных параметров m, L и α для всех опор протяженного заграждения обеспечит однотипное (тарированное) воздействие ударными импульсами по поверхностям опор.
Из теории сопротивления материалов известно, что опора, заглубленная в грунт, может рассматриваться как балка, консольно-закрепленная с одного конца, в которой могут распространяться волновые процессы.
B
H
Рассмотрим реакцию опоры на ударный импульс S. Типичная форма сигнала-отклика на ударное воздействие приведена на фиг. 4. Сигнал отражает колебательный затухающий волновой процесс при наличии в нем высокочастотных f и низкочастотных f составляющих. Сигнал характеризуется максимальной амплитудой U и длительностью Т. Для каждого типа опор, выполненных из разного материала, с разным сечением, различной высоты и различного заглубления в грунт, должны априори записаны параметры в банк данных ПЭВМ с указанием диапазона нормальных (годных) значений.
B
H
1
В
Н
1
В
Н
2
В
Н
2
В
Н
В
Н
Пример системы, реализующий предложенный способ представлен на фиг. 1-2. Принцип ее работы состоит в следующем. На установленную в грунт опору 1 воздействуют ударным импульсом путем падения груза массой m, закрепленного на нити длиной L и отведенного на угол α. В результате этого воздействия в теле опоры образуется волновой процесс, создающий механические колебания (вибрацию), которые воздействуют на модуль контроля 5. Сейсмический датчик 7 модуля контроля 5, жестко закрепленный на опоре, преобразует механические колебания в электрический сигнал-отклик, который обрабатывается процессором 8. Принцип обработки электрического сигнала процессором заключается в определении параметров сигнала-отклика (см. фиг. 4): максимальной амплитуды U, длительности сигнала Т, наличия высокочастотных f и низкочастотных f составляющих сигнала. Для определения наличия высокочастотных и низкочастотных составляющих сигнала в процессоре 8 реализованы, соответственно, фильтры верхних и нижних частот с заданными полосами пропускания. На выходах этих фильтров получают и в дальнейшим измеряют максимумы и длительности огибающих высокочастотной и низкочастотной составляющих для расчета коэффициентов качества упругости опор. Первый коэффициент качества упругости опор К определяют, как отношение максимумов огибающих высокочастотной М и низкочастотной М составляющих (К=М/М). Второй коэффициент качества упругости опор К определяют, как отношение длительностей огибающих высокочастотной Т и низкочастотной Т составляющих (К=Т/Т). Длительности огибающих высокочастотной Т и низкочастотной Т составляющих определяют по уровню 0,5 максимальной амплитуды U сигнала-отклика.
Обработка данных в процессоре 8 производится посредством разработанного программного обеспечения, позволяющего вычислять все указанные выше характерные параметры сигнала-отклика. Вычисленные параметры сигнала-отклика передаются процессором 8 в радиомодем 9, который посредством антенны 10 передает их в удаленную ПЭВМ (на фиг. 1 и 2 не показана). Выводы о состоянии упругости отдельных опор производят в ПЭВМ исходя из анализа параметров сигналов-откликов. Оценку состояния проводят по следующим критериям:
1) максимальная амплитуда U тем выше, чем выше упругость опоры;
2) длительность сигнала-отклика Т тем меньше, чем выше упругость опоры;
B
3) преобладание высокочастотных f составляющих сигнала-отклика указывают на большую упругость опоры;
H
4) преобладание низкочастотных f составляющих сигнала отклика указывают на меньшую упругость опоры.
1
5) Первый коэффициент качества упругости опор К тем выше, чем выше упругость опоры;
2
6) Второй коэффициент качества упругости опор К тем выше, чем выше упругость опоры.
Для окончательного вывода о состоянии опор используется банк данных ПЭВМ с указанием диапазона нормальных (годных) значений параметров. На основании сопоставления количественных характеристик волновых процессов, указанных выше, с требуемыми характеристиками оценивается состояние упругости установленных в грунт опор защитного заграждения. Достижение равномерной упругости всех опор протяженного защитного заграждения дает возможность использования защитного заграждения в качестве сигнализационного заграждения при размещении на нем, например, чувствительного элемента (кабеля) 6 вибрационного средства обнаружения (см. фиг. 1).
Таким образом, при реализации заявленного способа с использованием перечисленных средств будет достигаться контроль качества монтажа защитного заграждения при установке его на опорах.
Заявленный способ промышленно применим.