PL183400B1 - Sposób oraz urządzenie do ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich - Google Patents

Abstract

1. Sposób ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, z wykorzystaniem fotodetektora i uformowanej wiązki monochromatycznego światła, znamienny tym, że wiązkę (1) monochromatycznego światła przepuszcza się jednokrotnie z góry w dół, poprzez znany klin cieczowy (2), bezpośrednio na fotodetektor (1) i mierzy w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach przemieszczenie na fotodetektorze (3) plamki świetlnej (4), którego wielkość (L) i kierunek oraz kąt (a) nachylenia klina cieczowego (2), są funkcją kąta ( ) wychylenia badanego obiektu (5).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich oraz urządzenie do ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, zwłaszcza na terenach objętych wpływami eksploatacji górniczej.

Obiekty znajdujące się w strefie oddziaływania eksploatacji górniczej podlegają różnym co do rodzaju i wielkości deformacjom. Warunek bezpiecznego funkcjonowania tych obiektów stanowi zwłaszcza odchylenie od pionu, którego granice określają odpowiednie normy. Odchylenie może następować stopniowo, mieć charakter okresowy lub dynamiczny. Nierównomierne osiadanie, wstrząsy i drgania mogą być również spowodowane innymi czynnikami niż eksploatacja górnicza, takimi jak czynniki hydrologiczne, klimatyzacyjne lub komunikacyjne.

Dla wielu zagrożonych budowli i konstrukcji inżynierskich wymagany jest ciągły pomiar wychyleń z zastosowaniem stałej rejestracji amplitudy i kierunku zmian oraz sygnalizacją alarmową. Analiza danych pomiarowych powinna ułatwiać podjęcie decyzji o zastosowaniu odpowiedniej profilaktyki budowlanej czy innych zabezpieczeń. Nie zapewniają tego w pełni cykliczne pomiary klasycznymi metodami geodezyjnymi, rozumiane jako okresowe odpionowanie punktów za pomocą pionów mechanicznych i optycznych, odpionowanie za pomocą teodolitów, czy też metodą fotogrametryczną.

Znane jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 152 157, urządzenie do ciągłego pomiaru zmian nachylenia w pionie, z polskich opisów patentowych nr nr 125 981 i 126 518 znane są układy automatycznego niwelatora, z polskiego opisu patentowego nr 53 212 znane jest urządzenie do kontrolowania ustalonego położenia elementów budowlanych, a z polskiego opisu patentowego nr 79 671 urządzenie do pomiaru i rejestracji składowych kąta wychylenia metodą elektryczną. We wszystkich tych rozwiązaniach, optoelektronicznych bądź elektrycznych, rejestruje się położenie podwieszonych elementów, takich jak płytki, pio183 400 ny lub pryzmaty. Pomiar oparty jest zawsze o zasadę działania wahadła obarczonego istnieniem masy bezwładnej i częstotliwością drgań własnych, co najczęściej wyklucza badanie wychyleń krótkookresowych oraz odpowiednią czułość i dokładność pomiaru.

Znane jest również, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 151 105, urządzenie do ciągłej rejestracji wychyleń budowli, w którym zastosowano pływające zwierciadło odbijające wiązkę laserową emitowaną z nadajnika związanego z badanym obiektem. Niedogodnością tego rozwiązania jest konieczność precyzyjnej rektyfikacji pływaka ze zwierciadłem, znajomość czasokresu tłumienia jego drgań własnych oraz, wpływająca na gabaryty urządzenia odległość między nadajnikiem i układem detekcyjnym a pływającym zwierciadłem.

Ponadto znane są, na przykład z książki A. Dubik „Zastosowanie laserów” WNT i opisów przyrządów pomiarowych Firm Spectra-Physic, Wild, Geometrics AG, sposoby cieczowej kompensacji odchyleń wiązki laserowej w automatycznych niwelatorach laserowych. Zjawisko klina cieczowego umieszczonego między dwoma pryzmatami wykorzystuje się do kompensacji odchyleń wiązki laserowej od poziomu.

W sposobie ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, z wykorzystaniem fotodetektora i uformowanej wiązki monochromatycznego światła, według wynalazku, wiązkę monochromatycznego światła przepuszcza się jednokrotnie z góry w dół, poprzez znany klin cieczowy, bezpośrednio na fotodektor i mierzy w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach przemieszczenie na fotodetektorze plamki świetlnej. Wielkość i kierunek tego przemieszczenia oraz kąt nachylenia klina cieczowego są funkcją kąta wychylenia badanego obiektu.

W urządzeniu do ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, wyposażonym w zespół nadawczy złożony ze źródła monochromatycznego światła i układu kolimacyjnego oraz w fotodetektor, według wynalazku, między zespołem nadawczym i fotodetektorem jest umieszczona kuweta z szybką płaskorównoległą i warstwą cieczy o znanym współczynniku załamania światła i dekremencie tłumienia drgań. Fotodektor korzystnie jest umieszczony centralnie w regulowanej odległości pod kuwetą z cieczą oraz składa się z czterech aktywnych segmentów pomiarowych, a każdej parze segmentów jest przypisany jeden z kierunków, korzystnie geograficznych.

Przepuszczanie wiązki monochromatycznego światła przez klin cieczowy bezpośrednio na fotodetektor, a tym samym wykorzystanie w sposobie według wynalazku poziomu cieczy jako bezwzględnego pomiarowego układu odniesienia, zapewnia odpowiednią czułość i dokładność ciągłego optoelektronicznego pomiaru dynamicznych, okresowych oraz postępujących wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich. Urządzenie według wynalazku, w którym wyeliminowano ruchome elementy mechaniczne, charakteryzuje się niezawodną i prostą budową.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1.przedstawia sposób pomiaru, fig. 2 - konstrukcję fotodetektora, a fig. 3 - schemat urządzenia pomiarowego.

Sposób ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, polega na przepuszczaniu uformowanej wiązki 1 monochromatycznego światła o przekroju kołowym jednokrotnie z góry w dół, poprzez klin cieczowy 2, bezpośrednio na fotodetektor 3 oraz mierzeniu w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach przemieszczenia plamki świetlnej 4 na fotodetektorze 3. Wielkość L i kierunek przemieszczenia oraz kąt a nachylenia klina cieczowego 2 są funkcją kąta p wychylenia badanego obiektu 5.

Urządzenie do ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, składa się z zespołu nadawczego 6 i fotodetektora 3, między którymi jest umieszczona kuweta 7 z płytką płaskorównoległą 8 i warstwą cieczy 9 o znanym współczynniku n załamania światła i dekremencie tłumienia drgań oraz z wzmacniacza sygnału 10, zasilacza 11 i układu 12 akwizycji danych. Zespół nadawczy 6 stanowi laser półprzewodnikowy lub dioda LED 13 z układem kolimacyjnym 14 w obudowie 15. Fotodetektor 1 składa się z czterech aktywnych segmentów pomiarowych 16, których pary mają przypisany jeden kierunek, na przykład geograficzny oraz jest umieszczony centralnie w regulowanej odległości H pod kuwetą 7 w obudowie 17. Sygnał z każdego segmentu pomiarowego 16 fotodetektora 3,

183 400 będący funkcją oświetlonej powierzchni, jest po wzmocnieniu wprowadzany za pomocą karty A/D do komputera, gdzie następuje jego programowa analiza i rejestracja. Zespół nadawczy 6, kuweta 7 i fotodetektor 3 są trwale związane z badanym obiektem 5 poprzez spodarkę geodezyjną 18 i podstawę 19.

Fig. 2

183 400

183 400

Fig.1.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, z wykorzystaniem fotodetektora i uformowanej wiązki monochromatycznego światła, znamienny tym, że wiązkę (1) monochromatycznego światła przepuszcza się jednokrotnie z góry w dół, poprzez znany klin cieczowy (2), bezpośrednio na fotodetektor (1) i mierzy w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach przemieszczenie na fotodetektorze (3) plamki świetlnej (4), którego wielkość (L) i kierunek oraz kąt (a) nachylenia klina cieczowego (2), są funkcją kąta (β) wychylenia badanego obiektu (5).
2. 2. Urządzenie do ciągłego, optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich, wyposażone w zespół nadawczy złożony ze źródła monochromatycznego światła i układu kolimacyjnego oraz w fotodetektor, znamienne tym, że między zespołem nadawczym (6) i fotodetektorem (3) jest umieszczona kuweta (7) z szybką płaskorównoległą (8) i warstwą cieczy (9) o znanym współczynniku (n) załamania światła i dekremencie tłumienia drgań.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że fotodetektor (3) jest umieszczony centralnie, w regulowanej odległości (H) pod kuwetą (7) z cieczą (9).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że fotodetektor (3) składa się z czterech aktywnych segmentów pomiarowych (16), a każdej parze segmentów jest przypisany jeden kierunek, korzystnie geograficzny.

   * * *