PL201918B1

PL201918B1 - Apparatus for measuring deflections of engineering structures, particularly dams

Info

Publication number: PL201918B1
Application number: PL364150A
Authority: PL
Inventors: Kazimierz Ćmielewski
Original assignee: Univ Przyrodniczy We Wroc & Ls
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2009-05-29
Also published as: PL364150A1

Abstract

Przyrząd do pomiaru zmian odchyleń budowli inżynierskich, zwłaszcza zapór wodnych posiadający komorę ze zbiornikiem cieczy oraz obciążnik i źródło światła, znamienny tym, że w wyposażonym w zaczep (3) źródle światła (18) ma osadzoną wiązkę światłowodów (4), których końce są umocowane w obciążniku (9) usytuowanym w otworze (17) płytki (5) wyposażonej w pływaki (7), które poprzez okienka (16), są umieszczone w cieczy (8) zbiornika (15) zamocowanego wewnątrz komory (6), która na dnie, w osi środka otworu (17) i naprzeciwko czoła (10) końców światłowodów (4), ma umocowany przetwornik fotoelektryczny (11) połączony przewodem transmisyjnym (14) z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (13)A device for measuring changes in deflections of engineering structures, especially water dams, having a chamber with a liquid tank and a weight and a light source, characterized in that a light source (18) equipped with a hook (3) has a bundle of optical fibers (4) embedded, the ends of which are fixed in a weight (9) located in an opening (17) of a plate (5) equipped with floats (7) which, through windows (16), are placed in the liquid (8) of a tank (15) mounted inside a chamber (6), which has a photoelectric transducer (11) fixed at the bottom, in the center axis of the opening (17) and opposite the front (10) of the ends of the optical fibers (4), connected by a transmission cable (14) to the central data recording and processing system (13).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiarów zmian odchyleń budowli inżynierskich, zwłaszcza zapór wodnych.The subject of the invention is an instrument for measuring changes in deviations of engineering structures, especially dams.

Może on znaleźć zastosowanie w badaniach przemieszczeń i odkształceń wysokich obiektów inżynierskich, w szczególności zapór wodnych.It can be used in research on displacement and deformation of high engineering structures, in particular dams.

Wskutek oddziaływania różnorodnych oraz zmiennych w czasie czynników fizycznych i środowiskowych zapory wodne ulegają mikroruchom, których wielkość stanowi podstawowe kryterium bezpieczeństwa obiektu hydrotechnicznego. Dlatego też zapory wodne podlegają monitorowaniu, którego celem jest dostarczanie informacji o stanie geometrycznym budowli oraz zjawisk i procesów wpływających na ich bezpieczeństwo.As a result of the impact of various and time-varying physical and environmental factors, dams undergo micromovements, the size of which is the basic criterion for the safety of a hydrotechnical facility. Therefore, dams are subject to monitoring, the purpose of which is to provide information on the geometrical condition of structures as well as phenomena and processes affecting their safety.

W geodezji współczesnej stosowane są zautomatyzowane technologie pomiarów słu żące do aktualnego i rzeczywistego wyznaczania występujących deformacji na badanych obiektach. Współczesny rozwój optoelektroniki pozwala na istotną modyfikację tradycyjnych metod pomiarowych.In modern geodesy, automated measurement technologies are used for actual and actual determination of the deformations occurring on the tested objects. The modern development of optoelectronics allows for a significant modification of traditional measurement methods.

Do podstawowych badań kontrolno-pomiarowych zapór wodnych należą między innymi metody pionowania, wykonywane np. przy pomocy wahadeł fizycznych.The basic control and measurement tests of dams include, among others, plumbing methods, performed e.g. with the use of physical pendulums.

Z publikacji W. K ł opociń skiego: „Geodezja w projektowaniu elektrowni wodnych”, PPWK, Warszawa 1962 r., str. 191, znany jest pion mechaniczny. Pion ten posiada drut oraz obciążnik ze skrzydełkami w kształcie prostokątów, które zamocowane są na jego obwodzie. Obciążnik o kształcie walca zanurzony jest w zbiorniku, który wypełniony jest olejem. Pion ten służy do mierzenia przesunięć punktu zawieszania względem stolików odczytowych zlokalizowanych na kolejnych poziomach obserwacyjnych zapory wodnej. Pozwala to na określenie odchyleń i przesunięć badanej sekcji zapory wodnej.The mechanical section is known from the publication of W. K ł Opociński: "Geodesy in the design of hydropower plants", PPWK, Warsaw 1962, p. 191. The riser has a wire and a weight with rectangular-shaped wings, which are fixed around its perimeter. The cylindrical weight is immersed in the oil-filled tank. This riser is used to measure the shifts of the suspension point in relation to the reading tables located on the subsequent observation levels of the water dam. This allows to determine the deviations and displacements of the tested section of the dam.

Z opisu patentowego PL nr 97201, znane jest urzą dzenie do pomiaru zmiany nachylenia elementu konstrukcyjnego. Urządzenie to posiada podstawę z płytką wyposażoną w fotorezystory, nad którymi, na konstrukcji nośnej, ma zawieszony swobodnie przyrząd zakończony elementem stożkowym. Nad wahadłem jest przymocowana, do konstrukcji nośnej, płyta środkowa z rozmieszczonymi na niej współśrodkowo źródłami światła.From the patent specification PL No. 97201, a device for measuring the change in the inclination of a construction element is known. This device has a base with a plate equipped with photoresistors, above which, on a supporting structure, a device with a conical element is freely suspended. Above the pendulum, a central plate with light sources arranged concentrically on it is attached to the supporting structure.

Istotą wynalazku jest przyrząd posiadający, wyposażone w zaczep, źródło światła, w którym ma osadzoną wiązkę światłowodów. Końce tych światłowodów są umocowane w obciążniku usytuowanym w otworze płytki wyposażonej w pływaki, które poprzez okienka usytuowane w bocznych, wewnętrznych ścianach zbiornika, umieszczone są w znajdującej się w nim cieczy. Zbiornik ten zamocowany jest wewnątrz komory, która na dnie, w osi środka otworu wspomnianej płytki i naprzeciwko czoła końców światłowodów, ma umocowany przetwornik fotoelektryczny połączony przewodem transmisyjnym z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD).The essence of the invention is a device having a light source equipped with a catch, in which the bundle of optical fibers is embedded. The ends of these optical fibers are fixed in a weight located in the opening of the plate equipped with floats, which through the windows located in the side, internal walls of the tank are placed in the liquid contained therein. This reservoir is mounted inside the chamber, which has a photoelectric converter attached to the central data recording and processing system (CRPD) at the bottom, in the center axis of the hole of the said plate and opposite the ends of the optical fibers.

Korzystnie jest gdy pływaki są ażurowe i są umocowane na obrzeżu płytki a jej otwór jest usytuowany w niej centralnie.Preferably, the floats are openwork and fixed on the periphery of the plate and its opening is centrally located therein.

Korzystnie też jest gdy obciążnik ma kształt walca a czoła światłowodów leżą na jego dolnej powierzchni.It is also advantageous if the weight has the shape of a cylinder and the ends of the optical fibers lie on its lower surface.

Przyrząd, według wynalazku, charakteryzuje się również tym, że osie symetrii obciążnika, źródła światła, wiązki światłowodów i zaczepu pokrywają się.The device according to the invention is also characterized in that the axes of symmetry of the weight, the light source, the light guide beam and the catch coincide.

Korzystną cechą tego przyrządu jest to, że zaczep obciążnika ma kształt półokręgu.The advantage of this device is that the weight hook has the shape of a semicircle.

Przyrząd, według wynalazku, jest łatwy w obsłudze. Przyrząd umożliwia wykonywanie pomiarów zarówno stacjonarnych jak i zdalnych, z miejsc o utrudnionym dostępie, a służących do monitorowania stanu bezpieczeństwa budowli.The device according to the invention is easy to handle. The device enables both stationary and remote measurements to be performed from places with difficult access, and used to monitor the safety condition of a building.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony schematycznie w przykładzie wykonania na rysunku, w rzucie pionowym.The subject of the invention is shown schematically in an exemplary embodiment in the drawing, in plan view.

P r z y k ł a d. Przyrząd, według wynalazku, posiada źródło światła 18 wyposażone w górnej części w zaczep 3. Dolną częścią źródło światła 18 połączone jest z wiązką światłowodów 4, których końce zamocowane są w obciążniku 9 usytuowanym w otworze 17 płytki 5. Płytka 5 ma na obrzeżu przymocowane pływaki 7, które poprzez okienka 16 umieszczone są w cieczy 8 zbiornika 15 usytuowanego we wnętrzu komory 6. Na dnie komory 6, w osi środka otworu 17 płytki 5 i naprzeciwko czół 10 końców światłowodów 4, ma osadzony przetwornik fotoelektryczny 11, który połączony jest przewodem transmisyjnym 14 z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 13.Example The device according to the invention has a light source 18 equipped in the upper part with a catch 3. The lower part of the light source 18 is connected to a bundle of optical fibers 4, the ends of which are fixed in a weight 9 located in the hole 17 of the plate 5. Plate 5 has floats 7 fixed on its rim, which through the windows 16 are placed in the liquid 8 of the tank 15 located inside the chamber 6. At the bottom of the chamber 6, in the center axis of the opening 17 of the plate 5 and opposite the end faces 10 of the optical fibers 4, a photoelectric transducer 11 is mounted. which is connected by a transmission line 14 to the central data recording and processing system (CRPD) 13.

W przypadku monitorowania stanu bezpieczeństwa np. zapory wodnej, na kotwie 1 osadzonej w stropie 2 badanego szybu, zawiesza się przyrząd według wynalazku. Na podłodze 12 badanegoIn the case of monitoring the safety condition of, for example, a dam, the device according to the invention is suspended from the anchor 1 embedded in the ceiling 2 of the shaft under examination. On the floor 12 of the subject

PL 201 918 B1 obiektu ustawia się komorę 6 w taki sposób aby obciążnik 9 współpracował z otworem 17 płytki 5.After the object, the chamber 6 is positioned in such a way that the weight 9 cooperates with the opening 17 of the plate 5.

Następnie włącza się źródło światła 18, które propaguje falę świetlną poprzez wiązkę światłowodów 4.Then the light source 18 is turned on, which propagates the light wave through the beam of optical fibers 4.

Położenie świecących czół 10 końców wiązki światłowodów 4 obserwuje się za pomocą przetwornika fotoelektrycznego 11, np. typu CCD. Ruchy wiązki światłowodów 4 tłumi się w zbiorniku 15 przez przekazywanie energii obciążnika 9, za pomocą płytki 5, do zanurzonych w cieczy 8 pływaków 7.The position of the illuminating fronts 10 of the ends of the fiber optic bundle 4 is observed by a photoelectric transducer 11, e.g. of the CCD type. The movements of the fiber optic bundle 4 are dampened in the tank 15 by transferring the energy of the weight 9 via the plate 5 to the 8 floats 7 immersed in the liquid.

Obserwowany obraz rejestrowany jest poprzez system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 13 jako pomiar wyjściowy. Układ elementów fotoczułych matrycy przetwornika fotoelektrycznego CCD 11 zestawiany jest w określoną liczbę wierszy i kolumn, tworząc macierz obrazową pikseli rozpatrywanych w kartezjańskim układzie współrzędnych prostokątnych xy. Dowolny element wspomnianej macierzy obrazowej można określić poprzez współrzędne x i y. Zarejestrowany pierwszy pomiar wyjściowy, a także następne pomiary w kolejnych odstępach czasowych, rozpatruje się również jako współrzędne x i y. Ich różnice stanowią informację o stanie geometrycznym budowli.The observed image is recorded by a central data recording and processing system (CRPD) 13 as an output measurement. The array of photosensitive elements of the CCD 11 photoelectric converter matrix is arranged in a certain number of rows and columns to form an image matrix of pixels considered in the Cartesian xy rectangular coordinate system. Any element of said image matrix can be determined by the x and y coordinates. The recorded first output measurement, as well as subsequent measurements at successive time intervals, are also considered as x and y coordinates. Their differences constitute information about the geometric condition of the building.

Claims

1. An instrument for measuring changes in deviations of engineering structures, in particular dams, having a chamber with a liquid reservoir, as well as a weight and a light source, characterized by the fact that in the light source (18) equipped with a catch (3) it has a bundle of optical fibers (4), are fixed in a weight (9) located in the opening (17) of the plate (5) equipped with floats (7), which through the windows (16) are placed in the liquid (8) of the tank (15) fixed inside the chamber (6), which on the bottom, in the center axis of the hole (17) and opposite the front face (10) of the ends of the optical fibers (4), it has a photoelectric converter (11) connected to the central data recording and processing system (13) via a transmission line (14).

2. Apparatus according to claim The method of claim 1, characterized in that the floats (7) are openwork.

3. Apparatus according to claim The method of claim 1, characterized in that the floats (7) are attached to the periphery of the plate (5).

4. Apparatus according to claim The method of claim 1, characterized in that the windows (16) are arranged in the inner side wall of the tank (15).

5. Apparatus according to claim The plate as claimed in claim 1, characterized in that the opening (17) of the plate (5) is centrally located therein.

6. Apparatus according to claim A device according to claim 1, characterized in that the weight (9) has the shape of a cylinder.

7. Apparatus according to claim The method of claim 1, characterized in that the axis of symmetry of the mass (9) coincides with the axis of symmetry of the fiber optic bundle (4).

8. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the ends of the light guides (10) lie on the lower surface of the weight (9).

Apparatus according to claim 1, A method according to claim 1, characterized in that the axis of symmetry of the light source (18) coincides with the axis of symmetry of the beam of optical fibers (4).

10. Apparatus according to claim 1 The device of claim 1, characterized in that the catch (3) has the shape of a semicircle.

11. Apparatus according to claim 1. The device of claim 1, characterized in that the axis of symmetry of the catch (3) coincides with the axis of symmetry of the light source (18).