PL207151B1

PL207151B1 - Device equipped with double-axis pendulum for the measurement of changes in vertical inclination

Info

Publication number: PL207151B1
Application number: PL377203A
Authority: PL
Inventors: Jan Galiński; Mieczysław Kołodziejczyk
Original assignee: Inst Geodezji I Kartografii
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2010-11-30
Also published as: PL377203A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie z wahadłem dwuosiowym do pomiaru zmian nachylenia w pionie, zwłaszcza zmian nachylenia wysokich elementów budowli hydrotechnicznych.The subject of the invention is a device with a biaxial pendulum for measuring changes in the vertical slope, in particular changes in the slope of tall elements of hydrotechnical structures.

Wysokie konstrukcje pod wpływem czynników zewnętrznych ulegają znacznym odchyleniom od położenia pionowego i ze względów bezpieczeństwa konieczna jest stała kontrola tych odchyleń. Szczególnie ważne jest kontrolowanie w sposób ciągły zmian nachylenia elementów budowli hydrotechnicznych.High structures under the influence of external factors are subject to significant deviations from the vertical position and for safety reasons it is necessary to constantly control these deviations. It is particularly important to constantly monitor changes in the slope of elements of hydrotechnical structures.

Znane jest urządzenie według patentu USA nr 4 492 029 do pomiaru wychylenia kątowego, które posiada układ oświetlacz - fotodetektor tylko w jednej płaszczyźnie. Znane jest również urządzenie według patentu PL nr 152 157 do pomiaru zmian nachylenia względem linii pionu wysokich elementów budowlanych, wyposażone w wahadło w postaci drutu z obciążnikiem oraz dwie przesłony ze szczelinami pionowymi zamocowane na drucie symetrycznie względem osi wahadła na wprost dwóch zespołów oświetlacz - fotodetektor i usytuowanych względem siebie pod kątem prostym. Wadą tego urządzenia jest możliwość zaniku sygnału pomiarowego, przy obrocie przesłon zamocowanych na drucie wahadła o kąt 90 stopni, wynikającego ze skręcenia drutu na skutek działania siły Coriolisa.A device according to US patent No. 4,492,029 for measuring angular deflection is known, which has an illuminator-photodetector system only in one plane. There is also known a device according to the patent PL No. 152 157 for measuring changes in the inclination with respect to the vertical line of tall building elements, equipped with a pendulum in the form of a wire with a weight and two diaphragms with vertical slots mounted on the wire symmetrically with respect to the pendulum axis in front of two illuminator-photodetector assemblies and at right angles to each other. The disadvantage of this device is that the measurement signal may disappear when the shutters mounted on the pendulum wire are rotated by 90 degrees due to the twisting of the wire due to the Coriolis force.

Istotą urządzenia z wahadłem dwuosiowym do pomiaru zmian nachylenia w pionie według wynalazku jest zastosowanie przesłony w postaci okrągłej tarczy z nieprzezroczystego materiału zamocowanej na cięgnie wahadła tak, że cięgno przechodzi przez środek geometryczny przesłony, która współpracuje z obejmą usytuowaną w płaszczyźnie poziomej i wyposażoną w układ czterech detektorów fotoelektrycznych i czterech żarówek z żarnikami liniowymi. Detektory i żarówki są rozmieszczone parami wzdłuż osi prostopadłych wahadła tzn. dwie pary wzdłuż osi x i dwie wzdłuż osi y i w ramach każdej pary detektor współpracuje z żarówką.The essence of the device with a biaxial pendulum for measuring changes in the vertical inclination according to the invention is the use of a diaphragm in the form of a circular disc made of opaque material, mounted on the pendulum strings so that the strand passes through the geometric center of the diaphragm, which cooperates with a clamp located in the horizontal plane and equipped with a system of four photoelectric detectors and four linear filament bulbs. The detectors and bulbs are arranged in pairs along the perpendicular axes of the pendulum, i.e. two pairs along the x axis and two along the y axis, and within each pair the detector cooperates with the bulb.

Urządzenie według wynalazku dzięki zastosowaniu czterech żarówek z żarnikami liniowymi i współpracujących z nimi detektorami umoż liwia uzyskanie dużego zakresu pomiarowego i znaczne zwiększenie dokładności pomiaru. Natomiast zastosowanie układu żarówek i detektorów współpracujących jednocześnie z nieprzezroczystą tarczą zawieszoną centrycznie na cięgnie wahadła, pozwala na bardzo dokładne ustawienie urządzenia w środkowym zakresie pomiarowym lub dowolnie innym w zależ noś ci od przewidywanego kierunku przemieszczenia.The device according to the invention, thanks to the use of four linear filament bulbs and detectors cooperating with them, allows to obtain a large measuring range and significantly increase the accuracy of the measurement. On the other hand, the use of a system of light bulbs and detectors cooperating simultaneously with an opaque disk suspended centrally on the pendulum's strands allows for a very precise setting of the device in the middle measuring range or any other, depending on the expected direction of displacement.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunkach, na których:The subject matter of the invention is shown in the embodiment in the drawings, in which:

fig. 1 przedstawia sposób mocowania wahadła na obiekcie w widoku z boku, fig. 2 przedstawia części składowe wahadła pomiarowego dwuosiowego w przekroju przez obejmę wahadła, fig. 3 przedstawia widok z góry obejmy wahadła pomiarowego dwuosiowego, fig. 4 przedstawia widok z dołu obejmy wahadła dwuosiowego, fig. 5 przedstawia schemat blokowy układu pomiarowego wahadła dwuosiowego z zaznaczonymi sygnałami pomiarowymi.Fig. 1 shows the method of mounting the pendulum on the object in side view, Fig. 2 shows the components of the biaxial measurement pendulum in a section through the pendulum clamp, Fig. 3 shows a top view of the clamp of the biaxial measuring pendulum, Fig. 4 shows a bottom view of the pendulum clamp 5 shows a block diagram of the measuring system of the biaxial pendulum with the measurement signals marked.

Wahadło pomiarowe dwuosiowe składa się z cięgna 2 i zawieszonego na nim obciążnika 3 z tł umikiem cieczowym 4.The biaxial measuring pendulum consists of a string 2 and a weight 3 suspended on it with a liquid silencer 4.

Cięgno 2 jest podwieszone do wspornika 5 przytwierdzonego do badanego obiektu 1. Do cięgna 2 jest przymocowana przesłona 6 w postaci okrągłej tarczy z nieprzezroczystego materiału w taki sposób, że cięgno 2 przechodzi przez środek geometryczny przesłony 6. Z przesłoną 6 współpracuje obejma 7 przytwierdzona do obiektu 1 za pomocą uchwytu 8 i usytuowana w płaszczyźnie poziomej i wyposaż ona w cztery trzymaki 9 w postaci ceowników, których jedno ramię jest umieszczone nad przesłoną 6 a drugie pod przesłoną 6. Do górnych ramion od góry są przymocowane detektory fotoelektryczne odpowiednio D1, D2, D3, D4 a do dolnych od dołu żarówki Z1, Z2, Z3, Z4 z żarnikami liniowymi 10. Każdy trzymak 9 ma w dolnym ramieniu szczelinę 11, przez którą przechodzi wiązka światła Ei emitowana przez żarówkę. Detektory i żarówki są rozmieszczone parami wzdłuż osi prostopadłych wahadła dwuosiowego odpowiednio: wzdłuż osi x są rozmieszczone detektory D1, D3 i żarówki Z1, Z3, natomiast wzdłuż osi y detektory D2, D4 oraz żarówki Z2, Z4. Wszystkie detektory są umieszczone po jednej stronie przesłony 6 a żarówki po jej drugiej stronie. Osie x, y wahadła dwuosiowego przecinają się w osi cięgna 2.The tendon 2 is suspended from the bracket 5 attached to the tested object 1. A diaphragm 6 in the form of a circular disc made of opaque material is attached to the tendon 2 in such a way that the tendon 2 passes through the geometric center of the barrier 6. The diaphragm 6 cooperates with the clamp 7 attached to the object 1 by means of a handle 8 and located in a horizontal plane and equipped with four U-shaped holders 9, one arm of which is placed above the shutter 6 and the other under the shutter 6. Photoelectric detectors D1, D2, D3, respectively, are attached to the upper arms from the top , D4a to the lower bottom bulbs Z1, Z2, Z3, Z4 with linear filaments 10. Each holder 9 has a slot 11 in the lower arm through which the light beam Ei emitted by the bulb passes. The detectors and bulbs are arranged in pairs along the perpendicular axes of the biaxial pendulum, respectively: along the x axis there are detectors D1, D3 and bulbs Z1, Z3, and along the y axis are detectors D2, D4 and bulbs Z2, Z4. All detectors are placed on one side of the shutter 6 and the bulbs on the other side. The x and y axes of the biaxial pendulum intersect in the axis of the tendon 2.

Zmiana nachylenia badanego obiektu względem płaszczyzny pionowej spowoduje na skutek działania siły ciężkości G zmianę położenia cięgna 2 względem obiektu 1. W wyniku tego nastąpi przemieszczenie przesłony 6 w stosunku do obejmy 7, jak również przesunięcie przesłony wzdłuż osi x i osi y wahadł a i jednoczesne oddział ywanie jej na wią zki ś wiatł a E1, E2, E3, E4 emitowane przezThe change in the inclination of the tested object in relation to the vertical plane will result in a change of the position of the strand 2 in relation to the object 1 due to the effect of gravity. As a result, the shutter 6 will be displaced in relation to the clamp 7, as well as the diaphragm will shift along the x axis and y axis of the pendulum and its simultaneous influence to light beams E1, E2, E3, E4 emitted by

PL 207 151 B1 żarówki Z1, Z2, Z3 i Z4 zasilane stałym prądem I=const z zasilacza 12. Tak ukształtowane wiązki światła padają na detektory fotoelektryczne D1, D2, D3, D4 generujące sygnały pomiarowe R1, R2, R3, R4. Wielkość sygnałów jest funkcją położenia przesłony 6 względem układu żarówek i detektorów. Sygnały pomiarowe Ri są sumowane parami w sumatorach S1 i S2. Sumator S1 oblicza sumę sygnałów R1+R3, pochodzących od detektorów D1 i D3 ustawionych wzdłuż osi x wahadła a sumator S2 sumę sygnałów R2+R4 od detektorów D2 i D4 ustawionych wzdłuż osi y wahadła. Sygnały wyjściowe X i Y wypracowane przez sumatory S1 i S2 są proporcjonalne do przesunięć przesłony 6 a tym samym i cięgna 2 wzdłuż osi x, y wahadła dwuosiowego i są miarą zmiany położenia badanego obiektu względem linii pionu w rzucie na płaszczyznę poziomą. Sygnały wyjściowe mają postać sygnałów elektrycznych, które mogą być przesyłane na znaczną odległość od miejsca zamocowania wahadła dwuosiowego.The bulbs Z1, Z2, Z3 and Z4 are supplied with constant current I = const from the power supply 12. The light beams shaped in this way fall on the photoelectric detectors D1, D2, D3, D4 generating measurement signals R1, R2, R3, R4. The magnitude of the signals is a function of the position of the shutter 6 with respect to the array of bulbs and detectors. The measuring signals Ri are added in pairs in the adders S1 and S2. The adder S1 calculates the sum of the signals R1 + R3 coming from the detectors D1 and D3 positioned along the x axis of the pendulum and the adder S2 the sum of the signals R2 + R4 from the detectors D2 and D4 positioned along the y axis of the pendulum. The X and Y output signals generated by the adders S1 and S2 are proportional to the shifts of the shutter 6 and thus the cable 2 along the x, y axis of the biaxial pendulum and are a measure of the change in the position of the tested object relative to the plumb line in the projection on the horizontal plane. The output signals are electrical signals that can be transmitted over a considerable distance from the mounting point of the biaxial pendulum.

Claims

Patent claims

1. A device with a biaxial pendulum for measuring changes in the vertical slope, comprising a pendulum in the form of a cable with a weight and a liquid damper, a diaphragm placed on the cable, a system of bulbs and detectors located on the opposite sides of the pendulum and connected to a voltage adder, characterized in that the diaphragm (6 ) has the form of a circular disk made of opaque material and is mounted on the tie rod (2) so that the tie rod passes through the geometric center of the shutter (6), with which the clamp (7) is located in the horizontal plane and is equipped with a system of photoelectric detectors (D1), (D2), (D3), (D4) and bulbs (Z1), (Z2), (Z3), (Z4) with linear filaments (10), the detectors and bulbs are arranged in pairs along the perpendicular axes of the biaxial pendulum respectively : along the x axis there are detectors (D1) and (D3) and bulbs (Z1) and (Z3), while along the y axis there are detectors (D2) and (D4) and bulbs (Z2) and (Z4) and a detector (D1) ) works with bulb (Z1), detector (D2) with the bulb (Z2), detector (D3) with the bulb (Z3) and detector (D4) with the bulb (Z4).

2. The device according to claim 1, characterized in that the bulbs (Z1), (Z2), (Z3), (Z4) are placed on one side of the shutter (6) and the detectors (D1), (D2), (D3), (D4) on the other side of the iris.