УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для оценки и прогнозирования технического состояния судоходных шлюзов, мостовых опор, причальных сооружений, конструкций зданий и других сооружений по результатам измерения углов уклона отдельных частей строительных конструкций относительно горизонтальной плоскости.
Контроль технического состояния гидротехнических сооружений выполняется по результатам эксплуатационных наблюдений и специальных исследований за качественными признаками или количественными параметрами, характеризующими наиболее значимые свойства сооружения (см. «Методические рекомендации по контролю технического состояния и оценке безопасности судоходных гидротехнических сооружений». - М.: РОСМОРРЕЧФЛОТ, 2011, стр. 136.). Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность контроля технического состояния строительных конструкций за счет увеличения числа наблюдений и автоматизации процедуры мониторинга по результатам измерения уклона (крена) конструкций в процессе их эксплуатации.
Известны устройства дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций здания или инженерно-строительных сооружений (патент РФ №2.037.797, МПК G01B 7/16, 2006; Учебник авт. Казачека B.C. и др. «Обследование и испытание зданий и сооружений». - М.: Высшая школа, 2006, С. 164), основанные на опросе тензометрических датчиков, установленных в местах диагностирования конструкций, преобразовании полученной с датчиков информации и ее передачи на компьютер, установленный в пункте контроля. Результаты опроса датчиков отражаются в виде наглядной картины текущего состояния конструкции на экране монитора компьютера.
Недостатком устройств является относительно узкая область их применения, обусловленная тем, что при контроле состояния конструкции строительного сооружения используется информация только о напряжениях в местах установки датчиков, что не дает объективной картины о деформациях, возникающих в конструкции в целом. Это снижает качество контроля.
Более достоверные и объективные сведения позволяют получить устройства, использующие в качестве датчиков механические или электрические щелемеры (см. пат. РФ №2178049, МПК E04D 23/00, G01B 5/30, опубл. 2002 г.; пат. РФ №2448225, МПК E04D 23/00, опубл. 2012 г.). С их помощью снимаются величины смещений секций или элементов конструкций, разделенных трещинами. Достаточно точные измерения расхождений швов и трещин строительных конструкций позволяет осуществлять система мониторинга технического состояния зданий и сооружений с использованием датчиков с часовым механизмом. Датчик оснащен электронным преобразователем и радиомодулем, который позволяет получать непрерывную информацию о смещениях с передачей ее на расстояние.
Недостатком устройств является большие габариты и высокая стоимость.
По технической сущности и назначению наиболее близким аналогом предлагаемого устройства и принятым за его прототип является система контроля технического состояния строительных сооружений по пат. РФ №108602, МПК G01B 21/22, опубл. 2011 г. Система состоит из двух физических устройств, размещаемых на объекте мониторинга: датчика уклона, состоящего из веб-камеры, ампулы пузырькового уровня и системы подсветки, а также из блока обработки и хранения информации, представляющего собой портативный компьютер, к которому подключен интерфейс веб-камеры, с программным обеспечением для обработки изображения. Известная система позволяет вести непрерывный дистанционный контроль путем измерения уклона (крена) отдельных частей строительных конструкций. Для измерения указанного параметра используют горизонтальный пузырьковый уровень и веб-камеру, размещенные в герметичном светонепроницаемом корпусе таким образом, чтобы пузырек уровня полностью присутствовал в кадре веб-камеры. Фотоизображение пузырька обрабатывают с помощью компьютерной программы в блоке обработки изображения, после чего определяют величину уклона сооружения. Сигнал в цифровом виде, подают в общую компьютерную сеть (центр мониторинга), объединяющую другие устройства контроля состояния массива и снабженную блоком сравнения величины деформации с допустимым значением и блоком сигнализации об аварийной ситуации.
Основным недостатком прототипа является громоздкость конструктивного исполнения системы и физическая разобщенность ее основных функциональных узлов. Это вызывает необходимость размещения на объекте обследования нескольких устройств, даже в случае выполнения надлежащих мероприятий в единственной точке, что усложняет и снижает эффективность использования системы при проведении контроля. Также к недостаткам прототипа следует отнести недостаточно качественное изображение ампулы пузырькового уровня и, вследствие этого невысокую эффективность алгоритма обработки цифрового сигнала.
Заявляемая полезная модель позволяет упростить дистанционный контроль технического состояния строительных конструкций за счет реализации устройства контроля в едином конструктиве, которое обеспечивало бы простоту и удобство его применения.
Для решения проблемы в заявленной полезной модели используется следующая совокупность существенных признаков: устройство контроля технического состояния строительных конструкций, содержащее также как и прототип, пузырьковый уровень, выполненный в виде прозрачной ампулы, веб-камеру, размещенную таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью присутствовал в кадре, и блок обработки и хранения фотоизображения, вход которого соединен с веб-камерой, при этом подсветка пузырькового уровня осуществляется световым потоком через отверстие под ним, в свою очередь пузырьковый уровень, веб-камера и источник светового потока размещены в светонепроницаемом отсеке, в отличие от прототипа, размещено в защитном корпусе со съемной крышкой, при этом светонепроницаемый отсек выполнен разборным, снабжен верхней съемной крышкой, на которой размещена веб-камера, и закреплен внутри защитного корпуса с помощью разъемного соединения, в свою очередь, внутри защитного корпуса дополнительно размещен блок питания, снабженный кабельным выводом и соединенный с веб-камерой, источником светового потока и блоком обработки и хранения фотоизображения, выполненным с возможностью беспроводной сетевой коммуникации. Кроме того в отличие от прототипа подсветка пузырькового уровня выполнена с возможностью получения рассеянного потока света, за счет размещения источника светового потока на боковой стенке нижней части светонепроницаемого отсека, вытянутой в длину и покрытой светоотражающей краской. Это обеспечивает более равномерную подсветку пузырькового уровня и уменьшение количества световых бликов на его поверхности, что позволяет увеличить скорость обработки изображения с цифровой камеры, а также уменьшить количество фреймов, не поддающихся корректной обработке.
Сущность предлагаемой модели заключается в размещении непосредственно на контролируемом объекте одного компактного переносного устройства, осуществляющего измерение необходимых параметров и за счет беспроводной сетевой коммуникации - передачу информации, полученной в ходе измерений, в центр мониторинга. Это по сравнению с прототипом снижает сложность и повышает технологичность дистанционного мониторинга технического состояния строительных конструкций. Одновременно повышается точность измерений, уменьшается сложность аппаратной реализации данного устройства и повышается удобство его эксплуатации, а также появляется возможность передачи оперативной информации на мобильные телефоны сотовой связи. Компактное и вместе с этим изолированное размещение в едином корпусе оптических и электрических узлов контрольно-измерительного устройства позволяет обеспечить защиту их от внешних воздействий и при этом исключить негативное влияние узлов друг на друга.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что упрощение контроля за техническим состояние строительных конструкций, обеспечивается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства (вид сбоку), на фиг. 2 - фото устройства со снятой крышкой.
Предлагаемая полезная модель представляет собой устройство, элементы которого находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи и обеспечивают получение, обработку и передачу информации в виде последовательности цифровых значений величины уклона и времени ее измерения, а также регистрацию отклонений измеренной величины уклона от заданных предельных значений. Прибор содержит пузырьковый уровень 1, размещенный в светонепроницаемом отсеке 2, и веб-камеру 3, размещенную в отсеке 2 таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью отображался в кадре. Источник светового потока 4, например, в виде светодиодной ленты, размещен на боковой стенке нижней части 5 отсека 2 таким образом, чтобы свет от светодиодов рассеивался, отражаясь от поверхности дна и стенок отсека. Для увеличения степени рассеивания света нижняя часть 5 отсека вытянута в длину и покрыта светоотражающей краской, что образует удлиненную камеру освещения с удаленным от отверстия 6 источником светового потока 4. После отражения от дна и стенок нижней части 5 отсека, свет, проходя через отверстие 6, экспонирует пузырьковый уровень на объектив цифровой фотокамеры 3. Светонепроницаемый отсек 2 помещен в защитный корпус 7, внутри которого также размещены блок обработки и хранения информации 8 в виде одноплатного портативного компьютера и блок питания 9 с кабелем питания 10. Защитный корпус 7 снабжен съемной крышкой 11. Для обеспечения нормальной работы устройства в натурных условиях корпус 7 выполнен в герметичном, антикоррозионном и противоударном исполнении, позволяющем защитить элементы устройства от внешних воздействий.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Для оценки технического состояния строительного сооружения (например, судоходного шлюза) в процессе его эксплуатации непрерывно или с заданной периодичностью производятся измерения уклона стенок камеры шлюза относительно горизонтальной плоскости. Для этого на верхнюю горизонтальную поверхность стенки устанавливают прибор, основными элементами которого являются пузырьковый уровень 1, веб-камера 3 и блок 8, и с их помощью определяют отклонение стенки. С выхода блока 8 сигнал по беспроводной связи поступает в центр мониторинга технического состояния сооружения, где осуществляется сравнение величины деформации с ее допустимым значением. Если отклонение параметра превысит допустимое значение, на устройстве сравнения центра мониторинга появится сигнал, сообщающий о необходимости принятия оперативных мер.
По сравнению с известными аналогами предложенное техническое решение упрощает дистанционный мониторинг технического состояния строительных конструкций и сокращает время его проведения. Устройство позволяет осуществлять периодический или непрерывный контроль с регистрацией, обработкой и хранением полученной информации, с возможностью передачи оперативной информации на любые приемные устройств, имеющие выход в интернет, а также на мобильные телефоны сотовой связи.
Описанное устройство разработано специалистами Испытательного центра гидротехнических сооружений и кафедры гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в процессе выполнения научно-исследовательских работ. Проведенные испытания модели дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства как для определения текущего уровня безопасности гидротехнического сооружений, так и для построения прогнозных моделей объекта.