Оптоэлектронный датчик определения положения

Полезная модель - оптоэлектронный датчик онределения положения (далее по тексту датчик) относится к устройствам определения координат струны обратного отвеса (сдвигомер горизонтальных смещений - далее по тексту сдвигомер), применяемым в целях обеспечения безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений (плотины, дамбы и т.д.). Датчик предназначен для автоматического бесконтактного определения координат положения струны сдвигомера в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Имеющиеся аналогичные изделия выполнены с применением ручных измерительных устройств, требуют достаточно большого времени для проведения измерений, не позволяют производить непрерывный контроль и применить средства автоматизации.
На рисунке 1 показана схема конструкции сдвигомера СГС-1 (СГС1.00.00.00 СБ) где:
1- масляная ванна с поплавком;
2- кожух сдвигомера;
3- поверхность земли;
4- струна;
5- обсадная труба; 6- кронштейн.
Обсадная труба (5) устанавливается в скважине, пробуренной на глубину до 100 м. На дне обсадной трубы жестко закреплен один конец струны (4), второй конец струны прикреплен к поплавку, находящемуся в ванне (1) наполненной маслом. При помощи поплавка создается принудительное натяжение струны, за счет чего струна занимает строго вертикальное положение. Внутри кожуха сдвигомера (2) закреплен кронштейн (6), на который устанавливается штатное измерительное устройство. При смещении (сползании) грунта в горизонтальном положении нижняя часть обсадной трубы остается на месте, а верхняя перемещается совместно с ожухом сдвигомера. Так как нижняя часть трубы остается неподвижной, то мтикаль, образованная струной, не меняет свое положение. Следовательно, измеряя положение струны относительно кожуха сдвигомера можно определить величину и направление смещения грунта.
мера. Схема определения положения струны штатным датчиком приведено на рисунке 2, на котором показан вид на сдвигомер сверху. Нумерация деталей совпадает с рис. 1.
По линейке передвигается оптический визир, имеющий ось визирования перпендикулярно длине линейки. Передвигая вручную визир вдоль линейки, наводят его на середину струну и производят по линейке отсчет координаты положения струны. Затем устройство закрепляют вдоль другой оси и вновь проводят аналогичное измере1ше. Устройство имеет следующие параметры:
-диапазон определения сдвигов ± 44 мм;
-погрещность определения положения 0,05 мм.
Замеры положения струны обратного отвеса производятся через больщие промежутки времени порядка один - два раза в месяп т.к. сдвигомеры располагаются на территории гидротехнического сооружения занимающего большую площадь, что существенно влияет на безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений. Особенно большую трудоемкость занимают замеры положения в осеннее - зимнее - весеннее периоды.
Предлагаемый датчик определения положения струны имеет следующие технические параметры:
-диапазон определения положения струны без изменения положения датчика - окружность диаметром до 20 мм;
-диапазон определения положения струны при изменении положения датчика - окружность диаметром до 100 мм;
-среднеквадратическая погрешность определения - 50 мкм;
-период определения положения струны 1 раз в час.
Метод определения положения струны сдвигомера при помопщ предлагаемого датчика сводится к нахождевшю положения центров теней струны при последовательном облучении ее точечными источниками света в двух взаимно перпендикулярных направлениях (см. рисунок 3).
Принцип работы датчика основан на применении ПЗС линеек (линейных фоточувствительных: приборов с переносом заряда). Такие линейки щироко применяются в сканерах, факсах, устройствах считывания пприх-кодов, спектроскопии и т.д. В разработанной конструкции координатомера применены ПЗС линейки фирмы «TOSHffiA. Возможно применение отечественных ПЗС линеек серии MPL1024/2048B. Характеристики светодиода - длина волны, яркость, диаграмма направленности, определяются выбранной ПЗС линейкой.
Зная взаимное расположение источников света и центров теней, положение струны находится как точка пересечения двух проходящих через них прямых. Определение координат положения струны, временной режим работы датчика и передача информации производится при помощи микропроцессора.
Датчик крепится на обсадной трубе при помощи специальной подставки. Положение струны периодически считывается датчиком и передается на пункт централизованного наблюдения по радиоканалу или по проводной линии. Пункт централизованного наблюдения содержит приемное устройство и персональный компьютер, работающий в операционной системе WINDOWS 98.
периода между измерениями и исключеиия субъективных факторов, автоматизировать процесс измерения.
На предлагаемый датчик имеется комплект конструкторской документации ПРНК.402214.002. Документация разработана с учетом серийного производства датчика. Датчик выполнен на двух двухсторонних печатных платах с применением поверхностного монтажа (ТМП). В настоящее время датчик успешно эксплуатируется на Загорской ГАЭС.
Применение датчика рассчитано для обеспечения безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений (плотины, дамбы и т.д.) и может быть полезным при использовании в дрзтих целях, где требуется определять перемещение объектов.