ИЗМЕРИТЕЛЬНО-РЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения расстояний и протяженности объектов из магнитных материалов (например, углеродистых сталей) или их составных частей, в том числе для проведения работ по измерению участков сварных металлических конструкций, паспортизации трубопроводов и фиксации расстояний до опор, пересечений, сварных швов в привязке к проводимым измерениям.
Известно измерительное колесо (патент US 20060156573 А1), содержащее мерное колесо, соединительный шток, механический счетчик и рукоять. Колесо и счетчик соединены между собой передающим стержнем. Счетчик с указателем пройденного расстояния расположен на рукояти, для облегчения считывания информации и удобства использования. Также в устройстве применяется магнитный механизм предотвращения произвольного вращения колеса, что обеспечивает более точное измерение, исключая холостое прокручивание. Данное устройство применяется для измерения протяженности дорог или других расстояний по поверхности земли и не позволяет регистрировать дополнительные особенности измеряемых объектов. При измерении гладких или окрашенных поверхностей, коэффициент сцепления между мерным колесом поверхностью измеряемого объекта низок, при этом механизм предотвращения холостого прокручивания создает дополнительное усилие для поворота мерного колеса, в таких условиях создается возможность проскальзывания колеса по измеряемому объекту, что приводит к искажению и ошибкам в измеряемых параметрах.
Известен курвиметр дорожный универсальный (патент РФ 2261302) включающий ходовую тележку с тремя колесами, одно из которых является измерительным, датчик пути, блок пространственной ориентации, карманный персональный компьютер, аккумулятор и систему управления. Датчик пути установлен на мерном колесе и включает в себя магнитные элементы и датчик «Холла». При вращении измерительного колеса вырабатывающиеся импульсы передаются в контроллер системы управления, обеспечивая измерение пройденного пути подсчетом полученных импульсов. Блок пространственной ориентации основан на измерении приращений угловых скоростей осей чувствительности и интегрирования полученных значений. Карманный персональный компьютер управляет работой курвиметра, накоплением и отображением измеряемых параметров. Устройство предназначено для измерения геометрических параметров автодорог: расстояний, ровности, поперечных уклонов и характеристик кривых. Данное устройство в автоматическом режиме позволяет записывать физические особенности измеряемых объектов, но не позволяет их добавлять в ручном режиме. Измерительное колесо при прокатке по стальным поверхностям имеет возможность проскальзывания из-за загрязненных участков, что ведет к ошибкам и искажению измеряемых параметров.
Известно измерительное колесо для магнитных сталей (патент US 3295215), состоящее из сборного колеса соединенного валом со счетчиком. Сборное колесо состоит из стальных дисков из магнитной стали, между которыми расположены резиновые колеса, с включенными в них магнитами. Колесо устанавливается на измеряемую металлическую ленту, таким образом, чтобы края дисков были фрикционно сцеплены с лентой. При движении ленты происходит вращение дисков, передающих это вращение через вал на счетчик. Применение магнитного сцепления устраняет проскальзывание измерительного колеса по перемещающейся ленте, в том числе загрязненного маслом. Измерение осуществляется путем привязки окружности колеса к единице измерения и подсчета числа оборотов колеса. Устройство применяется для линейного измерения движущихся стальных лент на производстве, таком как прокат или штамповка. Данное изобретение обеспечивает сцепление измерительного колеса с поверхностью, исключая проскальзывание по поверхности, но в силу своего назначения является стационарным, и не подразумевает использование в ручном режиме. Также в устройстве отсутствует блок фиксации дополнительных особенностей измеряемых объектов.
Измерительное колесо (патент US 20060156573 А1) является наиболее близким устройством к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату и выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом полезной модели является измерение протяженности объектов из магнитной стали или их участков с автоматической фиксацией результатов измерений и других свойств измеряемых объектов, таких как:
- виды объектов (труба, переход, отвод, угол, швеллер и т.д.);
- основных характеристики объектов (диаметр, профиль);
- особенностей (опоры, пересечения, сварные швы и т.п.).
Технический результат достигается тем, что устройство содержит измерительное колесо, счетчик и корпус с рукоятью, закрепленные на соединительном стержне, при чем измерительное колесо выполнено из магнитного материала, обеспечивающего равномерное передвижение по металлическим конструкциям без проскальзывания, а в качестве счетчика оборотов колеса используется инкрементальный энкодер, соединенный с измерительным колесом общей осью и передающий информацию в цифровом виде на микроконтроллер с АЦП, соединенный с блоком управления, регистрирующим блоком и блоком питания, расположенными в корпусе, снабженном экраном для вывода информации.
На Фиг. 1 представлен общий вид устройства, на Фиг. 2 представлена укрупненная электронная схема устройства.
Устройство содержит измерительное колесо 1 из магнитного материала, передающее вращение на инкрементальный энкодер 2. Измерительное колесо 1, инкрементальный энкодер 2 и корпус 3 крепятся к соединительному стержню 4. В корпусе 3 размещаются: микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 5, экран для вывода информации 6, блок питания 7, блок управления 8, регистрирующий блок 9, а на внешней стороне корпуса жестко закреплена рукоять 10 для удобства использования устройства.
Расстояние, пройденное измерительным колесом, рассчитывается по формуле:
i
Где: e - количество импульсов полученное от энкодера;
π - константа, равная 3,1416;
R - наружный радиус магнитного колеса;
Ε - выдаваемое инкрементальным энкодером количество импульсов за один полный оборот измерительного колеса.
Энкодер и измерительное колесо соединены между собой общей осью. Точность измерения пройденного расстояния возможно изменять за счет применения энкодера с большим или меньшим количеством импульсов или за счет изменения диаметра измерительного колеса.
Устройство работает следующим образом:
При начале измерений через блок управления задается название или номер измеряемого участка, задается типоразмер первого измеряемого элемента. Измерительное колесо устанавливается в начало измеряемого участка. Пройденное расстояние отмечается как «0». В параметрах типоразмера первого элемента объекта указываются: тип элемента (труба, переход, отвод, тройник, кран, угол, швеллер и т.д.), диаметр или обозначение сечения. Устройство перемещается по поверхности элемента, при этом происходит вращение измерительного колеса, и энкодер, связанный с измерительным колесом, передает импульсы на АЦП. В случае, если при измерении длины элемента, на нем встречаются опоры, пересечения с коммуникациями, дефекты, сварные швы или другие особенности, это отмечается на блоке управления нажатием соответствующей клавиши (или комбинации клавиш), на регистрирующий блок записываются: расстояние, пройденное от начала измерения, от начала элемента; тип регистрируемой особенности; ее порядковый номер и другие требуемые параметры. При достижении в процессе измерений конца измеряемого элемента, (выраженного в виде сварного шва, фланцевого соединения, резьбового соединения) это также фиксируется через блок управления. В регистрирующем блоке записывается информация об общей протяженности, типе пройденного элемента, его протяженности и порядковом номере, типе достигнутого соединения и других параметров. Указатель пройденного расстояния для нового элемента принимает значение «0», общее расстояние участка продолжает накапливаться до указаний оператора. При необходимости производится уточнение параметров следующего измеряемого элемента, изменением данных о нем через блок управления, затем цикл повторяется. Все записываемые значения номеров участков и соединений элементов могут быть настроены в начале измерений, и автоматически увеличиваться по отметке их прохождения, также они могут быть откорректированы при проведении работ через блок управления.
В результате в памяти регистрирующего блока накапливается структурированная информация, содержащая измеряемые участки объектов с общей протяженностью, перечнем элементов с их типоразмерами и протяженностью, находящимися на них особенностями и расстояниями до особенностей как от начала участка, так и от начала элемента.
Хранение информации в цифровом виде позволяет использовать ее с высокой степенью автоматизации при занесении в базы данных, составлении отчетов по результатам измерений, подсчете количества особенностей различного типа, общей протяженности участка, количестве элементов определенного типоразмера и других параметров при проведении паспортизации или обследования.
Реализация устройства возможна на базе микроконтроллеров ATmega168, ATmega328, ATmega2560, Cortex-М3 и других, имеющих энергонезависимую память минимум 512 байт для хранения данных калибровки. В качестве энкодера возможно применение электронно-оптического инкрементального энкодера, например Encoder-400, LPD3806-400 ВМ. Корпус устройства выполняется из алюминиевого сплава, твердого пластика или другого материала, близкого по характеристикам к сплавам на основе алюминия.