УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ГРУНТА

Полезная модель относится к геофизическим приборам и может быть использована для исследований в строительстве, горном деле, при взрывных работах и т.п.
Известны устройства для измерения трещин в подземных сооружениях, содержание две заделанные в отделку сооружения по равные стороны от трещины штанги, одна из которых соединена со шкалой, а другая - с указателем перемещения /см.а.с. СССР №142071. кл.G 01 B 5/30, 1961 [1]; а.с. СССР №5232271, кл.G 01 B 5/30, E 02 D 1/00. 1974 [2]/.
Известен также прибор для измерения сдвига горных пород, содержащий закладываемые в породу марки, соединенные посредством гибкой тяги с пером самописца /см.а.с. СССР №315002, кл.G 01 B 5/30, 1970 [3]/.
Недостатками известных устройств являются предельно низкая точность измерении, что позволяет с их помощью лишь ориентировочно судить о происходящих процессах.
Кроме того, известны устройства для измерения относительных перемещений грунта, содержащие два воспринимающих усилие базовых элемента, соединенных упругой связью в виде струны или винтовой пружины, а также датчики деформаций базового элемента в виде упругой мембраны и тензорезисторов, подключенные через преобразователи к регистратору /см.а.с. СССР №585397, кл. G 01 В 5/30, Е 02 В 1/00, 1975 [4]; а.с. СССР №335639, кл.G 01 V
1/24.1970 [5]/.
Недостатками известных устройств являются значительная сложность конструкции и схемы преобразования сигнала, большое число структурных элементов и, как следствие, значительная погрешность измерения.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является устройство для измерения относительных перемещений грунта, содержащее два введенных в грунт репера, связанных между собой стальной струной, преобразователь в виде консольно закрепленной на одном из реперов пластине с наклеенным тензометром, и измерительный тракт в виде мостовой схемы, усилителя и регистратора /см.а.с. СССР №1661287, m.g 01 v 1/16, 1989 [6]/,и принятое за прототип.
Недостатком известного устройства-прототипа является значительная сложность конструкции и низкая точность измерения. Согласно принципу действия в данном устройстве относительно перемещения грунта последовательно преобразуются во взаимное смещение реперов, угловые деформации консольной пластины, электрический сигнал тензометра, угловое перемещение регистратора, например, светолучевого осциллографа. Это приводит к появлению значительных как методической, так и инструментальным и дополнительным погрешностям измерения.
Сущность полезной модели заключается в создании устройства, позволяющего относительные перемещения грунта на участке, то есть взаимное смещение двух реперов, связанных упругой связью, сразу без многократных промежуточных преобразований перевести
в отклонение индикатора, причем, такой перевод характеризуется предельно высокой чувствительностью к перемещениям грунта и значительным передаточным отношением, что автоматически исключает необходимость предварительного преобразования деформаций в электрический сигнал, усиление и т.п.
Технический результат - упрощение устройства и повышение точности измерения.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном устройстве для измерения относительных перемещений грунта, содержащем два введенных в грунт репера, связанных между собой гибким, упругим элементом, и узел регистрации, особенность заключается в том, что гибкий упругий элемент выполнен в виде двух скрученных с противоположными направлениями закрутки отрезков стальной струны, прикрепленных одним из концов к соответствующему реперу, а другим к размещенной между отрезками струны жесткой перемычке, а узел регистрации выполнен в виде закрепленного на перемычке указателя и концентрично охватывающей гибкий упругий элемент кольцевой шкалы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображено прeдлaгaeмoe устройство.
Устройство для измерения относительных перемещений грунта содержит два введенных в грунт 1 репера 2, 3,связанных между собой гибким упругим элементом в виде двух скрученных с противоположными направлениями закрутки отрезков стальной. струны 4, 5,прикрепленных одним из концов к соответствующему реперу 2, 3 с помощью болтов 6, 7 с гайками, а другим концом - к
размеренной между отрезками струны 4, 5 жесткой перемычке 8,а также узел регистрации, выполненный в виде закрепленного на перемычке 8 стрелочного указателя 9 и концентрично охватывающей гибкий упругий элемент 4, 5 кольцевой шкалы 10,установленной в неподвижной обойме 11.В головках болтов 6, 7 и на концах перемычки 8 выполнены специальные отверстия для фиксации соответствующих концов отрезков струны 4, 5.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии отрезки 4,5 струны скручивают в противоположных направлениях путем свободного одновременного поворота болтов 6, 7 в реперах 2, 3 и их последующей фиксации в реперах 2, 3 с помощью гаек. В данном исходном состоянии вращающие моменты со стороны стремящихся раскрутиться упругих элементов 4,5 действуют на перемычку 6 с указателем 9 в противоположных направлениях, и перемычка 8 занимает установившееся равновесное положение, причем, исходной регулировкой указатель 9 совмещают с нулевой отметкой шкалы 10 /для точной установки нуля предусмотрена возможность поворота шкалы 10 относительно обоймы 11 с фиксацией на малый угол / - на чертеже механизм такой регулировки не показан. Кольцевая шкала 10 выполнена с общим углом 360 градусов с центральным положением нуля, то есть указатель 9 может совершать поворот в каждую сторону на 180 градусов. При минимальном смещении реперов 2, 3 относительно друг друга за счет деформаций грунта 1 равновесное состояние перемычки 8 нарушается, упругие элемента 4,5 начинает раскручиваться и указатель 9 поворачивается в ту или иную сторону относительно нуля
2
в зависимости от того, сближаются или удаляются друг от друга реперы 2,3. В данном случае реализуется известный физический эффект, который на практике реализуется следующим образом, Стержень закрепляют в середине веревки, последнюю закручивают за концы в противоположные стороны, после чего концы веревки растягивают /сближают/,и стержень начинает вращаться со значительной скоростью. Предложенный механизм характерен тем, что даже минимальные относительные смещения реперов 2,3 приводят к значительным углам поворота перемычки 8 /указателя 9/. При необходимости передаточное отношение /отношение угла поворота указателя 9 в градусах, a относительному смещению реперов 2,3 в миллиметрах/ может быть доведено до величин порядка 100-150 град/мм,3 разработанной конструкции относительному смещению реперов в 15 мм в одну сторону соответствует угол φ=180°,то есть передаточное отношение h=12 град/мм. Такая высокая чувствительность устройства к относительному смещению закрепленных наружных концов скрученных отрезков струны 4,5 /относительному смещению грунта/ естественно обуславливает высокую точность измерения при прямом непосредственном преобразовании линейного смещения в угол закручивания без ряда промежуточных преобразователей, характерных для известных устройств, и обуславливающих, как было показано выше, значительную погрешность измерения.
На основе данной конструкции авторами был разработан многооборотный вариант конструкции с повышенной чувствительностью, при этом в конструкцию введен специальный указатель оборотов в виде отдельной шкалы, параллельной шкале 10,и дополнительного
стрелочного указателя, закрепленного, например, на отрезке 5 струны вблизи места крепления струны к болту 7.Такое крепление при полной обороте указателя 9 вызовет поворот дополнительного указателя на малый угол в пределах ограниченного сектора, например, +10°.
Предлагаемое устройство отличается предельной простотой конструкции и может быть изготовлено практически в лабораторных условиях. Устройство очень легко поддается регулировке, практически не критично к вариациям конструктивно-технологических параметров, которые легко компенсируются исходной регулировкой.