Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике физико-механических величин и может быть использовано для контроля координат характерных точек в нестабильных средах. Цель изобретенияконтроль в нестабильной среде положения конца троса, второй конец которого закреплен , Для этого используют не менее 3 волноводбв, которые закрепляют на тросе вдоль его оси так, что плоскости их размещения образуют равные пространственные углы, С ;помощью волноводов определяют распределение кривизны и кручения вдоль оси троса и используют полученные данные для определения положения его свободного конца. Способ осуществляется с помощью устройства, которое Содержит трос в цилиндрической оболочке; по образующим которой жестко закреплены волноводы, в верхней точке троса закреплен буй с антенной и аппаратурой, приема передачи, а в нижней якорь-массив. 2 с,п.ф-лы, 7 ил. (Л

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01. N 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1742615 (21) 4319014/28 (22) 30.10,87 (46) 30.01.93. Бюл. N. 4 (71) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (72) С,M,Ìèõååâ, В.Н.Земеров, П.В,Елшанский. (56) Авторское свидетельство СССР

Тч .. 1742615, кл. (3 01 В 16/00, 1987. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ

ДЛИННОМЕРНОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике физико-механических величин и может быть использовано для контроля координат характерных точек

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для контроля координат характерных точек в комбинированных средах.

Целью изобретения является контроль в нестабильной (зодной) среде положения свободного конца троса, второй конец которого закреплен за чет использования неподвижной системы координат и параметров длинномерного объекта — троса.

На фиг.1 показан длинномерный объект в виде троса с закрепленными буем и якорем-массивом; на фиг,2 — поперечное сечение троса с оболочкой и волноводами; на фиг.3 — нижняя часть троса с волноводами и элементами врем иной задержки в их каналах; на фиг,4 представлена функциональная схема устройства, на примере его испольэов нестабильных средах, Цель изобретения— контроль в нестабильной среде положения конца троса, второй конец которого закреплен, Для этого используют не менее 3 волноводов; которйе закрепляют на тросе вдоль его оси так, что плоскости их размещения образуют равные пространственные углы. С помощью волноводов определяют распределение кривизны и кручения вдоль оси троса и используют полученные данные . для определения поло>кения его свободного конца. Способ осуществляется с помощью устройства, которое содержит трос в цилиндрической оболочке, по образующим которой жестко закреплены волноводы, в верхней точке троса. закреплен буй с ан1енной и аппаратурой приема передачи, а в нижней якорь-массив. 2 с.п.ф-лы, 7 ил.

4 вания для определения йоложения плавс- с,0 редства при его использовании в качестве базы измерений; а на фиг,5 — структурная схема устройства, реализующего этот принцип; на фиг.б изображена структурная схемаустройства контроля повышенной наде>кности при организации базы измерений вне плавсредства, а на фнт.у поясняющее работу этой схемы геометрическое построение. ЬЭ

Устройство для контроля состояния длинномерного объекта содержит длинномерный объект в виде троса 1 с закрепленным на его свободном конце буем 2, а на другом конце - якорем-массивом 3, причем трос содержит грузонесущие жилы 4 и заключен в защитную оболочку 5, два многомодовых волновода 6, выполненных в виде вытянутых по длине троса 1 и жестко эа1791757

Способ контроля состояния длинномерного объекта с помощью устройства осуществляется следующим образом, Для исключения использования воды в качестве среды распространения сигналов (фиг.1) от поверхности до дна устана- вливается длинномерный объект в виде троса 1 с, закрепленными в верхней точке буем 2 и в нижней якорем-массивом 3. Длина троса 1, плавучесть буя 2 и масса якоря 3 выбираются из известных соображений для фиксацйи нижней точки троса 1 на дне и нахождении буя 2 на поверхности воды с учетом волнения для заданного района и глубины, Для измерения распределений кривизны и кручения вдоль оси цилиндрического длинномерного объекта-троса 1, которые являются натуральными уравнениями про45

55 крепленных на нем петель, плоскости которых образуют пространственный угол 90О, элементы 7 задержки, каждый из которых установлен в средней части соответствующей петли волновода 6 э одном из его кана- 5 лов, подключенные к входу каждого: волновода 6 последовательно соединенные источник модулированной волновой энергии, выпЬлй6Мый в виде последовательно соединенйых блока 8 запуска и модулятора 10

9, и простр4нственный фильтр 10, подключенные к выходу каждого волновода 6 последовательно соединенные пространственный фильтр 11, демодулятор l2, передатчик 13 сигналов и коммутатор 14, выход которого 15 подключен к блоку 8 запуска и имеющий связь с антенной 15, установленной на буе

2 и предназначенной для дистанционного управления функционированием волноводов 6 и связи с блоком 16 обработки инфор- 20 мации. Все блоки устройства размещены в буе 2. В случае использования результатов контроля для определения положения и скорости плавсредства 17 (фиг.5) устройство дополнительно содержит размещенные на 25 плавсредстве 17 две антенны 18, позволяющие использовать его корпус в качестве базы, каждая из которых соединена с приемником 19 и передатчиком 20 на плавсредстве 17 через свой коммутатор, а выхо- 30 ды обоих приемников 19 являются входами блока 16 обработки информации. Для более надежного определения координат и скоро сти плавсредства 17 (фиг.6) может быть использован дополнительный трос 1 с 35 закрепленными на его концах дополнительными буем 2 и якорем-массивом 3, при этом якори-массивы 3 соединены между собой тросом, вдоль которого в оболочке также закреплены волноводы 6, являющиеся про- 40 должением ранее указанных волноводов 6. странственной кривой и однозначно определяют ее форму и положение в пространстве, достаточно разместить по образующим под одинаковым углом в плоскости поперечного сечения конструкции по крайней мере три волновода 6 для измерения кривизны образующих. В то же время удобство размещения электронной аппаратуры в буе 2 (отсутствие требований к глубоководному исполнению и доступность при эксплуатации), а также возможность установки элементов 7 временной задержки в точке присоединения троса 1 к якорю 3 в одном из каналов волновода 6 с помощью перегиба последнего у якоря 3, позволяет с помощью лишь двух волноводов 6 организовать на поверхности троса 1 четыре измерительных волноводных линии под углом 90О друг к другу, Введение элемента 7 временной задержки, величина которой выбирается равной максимальной длительности сигнала в опорно-информативном канале t = -l3, где ! с

t — длина троса (вол новода 6 в одном направ- . лении): с —, скорость света в вакууме или скорость звука в среде заполнения волновода 6; Р - замедление в волноводе 6, позволяет разделить на выходе волновода 6 сигналы, пропорциональные распределению кривизны вдоль диаметрально-противоположных образующих троса I.

С помощью измеренных с помощью волноводов 6 четырех распределений кривизны Kl(S) вычисляется радиус-вектора R(S) определяющий положение буя 2 по отношению к якорю 3 (см. фиг.4), Для определения положения и скорости плавсредства 17 поместим начало пространственной инерциальной декартовой системы координат

0XYZ в определяемое дальностями d1 и dz положение буя 2, направив координату Z по, оси недеформированного вертикально расположенного троса 1, соединенного на дне с якорем 3. Под действием внешних возмуц ений буй 2 сместится и займет положение

О, определяемое радиус-вектором R (S). В этом случае новое положение буя 2 будет характеризоваться R (S) на оси ОХ и 0У в горизонтальной плоскости поверхности воды соответственно дх и ду, а также новыми дальностями о1 и dz до антенн плавсредст! 1: ва 17 образующими базу Ь. Затем, определяя дальности 01 и d2 любым известным ! I методом, с помощью значений базы Ь, отключений дх и ду определяется положение плавсредства 17 по отношению к точке О.

По сформированным передатчикам 13 на плавсредстве 17 в СВЧ или оптическом диапазоне волн сигналам, передаваемым

1791757 включается блок 8 запуска модулятора 9, 5

Модулятор 9 генерирует также в СВЧ или оптическом диапазоне пространственные волны через фильтр 10, возбуждающие опорные каналы волноводов 6 (на фиг,5 для упрощения рисунка показан один волновод 6), например, в оптическом диапазон е. Этот

10 измерительных сигналов, За счет разности 20 фазовых и групповых скоростей мод опор-. определения двух дальностей и положения 45 блока 16 обработки информации может использоваться стандартная микроЭВМ или 50

55 через свой коммутатор 22 и антенну 18, по.очередно возбуждается антенна 15, расположенная на буе 2, принятым сигналом, с которой через коммутатор 14 также на буе 2 сигнал, распространяясь вдоль волновода

6, возбуждает измерительные каналы за счет связи между модами каналов, которая функционально зависит вдоль волновода 6 от распределения измеряемой кривизны троса, а следовательно и кривизны самого волновода 6, Тем самым осуществляется пространственная модуляция опорного и ного и измерительного каналов на выходе каждого волновода 6 получается временная модуляция сигналов, Выделяя на выходе волновода 6 измерительный и опорный сигналы через разделительный пространственный фильтр 11, по их временной модуляции с помощью масштабных преобразований onределяется распределение кривизны К (S) вдоль оси волновода, в тем самым и кривизны троса. На выходе демодулятора 12 после поступления информации на его вход через фильтр 11 с выхода измерительного канала волновода 6 вырабатывается сигнал, пропорциональный кривизне образующей оболочки троса 1 от буя 2 до якоря-массива 3, Этот сигнал, усиленный и подготовленный к распределению через воздушную среду передатчиком 13, с помощью коммутатора 14 подводится к антенне 15 на буе 2 и передается на антенны 18 плавсредства 17. После прохождения через коммутатор 21 и поступления в приемник 19 информация с буя 2 обрабатывается блоком 16 на плавсредстве 17 и после буя 2 относительно якоря-массива 3 вычисляются координаты плавсредства 17 в локальной донной системе координат. В качестве микропроцессор. Далее полученная информация из блока 16 поступает в систему динамического позиционирования и на видеоконтрольные устройства (на фиг,5 не показаны). f1o известному положению плавсредства 17 относительно якоря-массива 3 через приращения в единицу времени определяется абсолютная скорость плавсредства 17 относительно дна. Можно также использовать допплеровский эффект, опре30

35 деляя сдвиг частот при установке пассивного отражателя (например, зеркального сферического) на буе 2.

Устройство (фиг.6) работает аналогично . ранее описанному с отличиями в том, что с помощью волноводов 6 вдоль троса I на участке между якорями-массивами 3 определяется расстояние между последними, которое является неподвижной измерительной базой. Подробнее работа устройства по фиг,б иллюстрируется геометрическим построением. на фиг.7, где исходное положение плавсредства 17 обозначено Р, положение якорей-массивов 3 на дне В1 и Вг, а буев 2, соответственно, В1 и Вг. Поместим начало 0 неподвижной плоскости (горизонтал ьной) системы декартовых координат ХОУ в середину базы Ь, образованной точками В1 и Вг, ось OY направим перпендикулярно В Вг, à ось ОХ вправо вдоль базы b. Соединим отрезками прямых точку 3 с точками В1 и Вг, получив две дальности, соответственно, 01 и бг, определяющие йоложение плавсредства 17 в донной системе координат, тогда

d =(d1+ dZ) /2 h,= и — d2, В декартовой системе положение плавсредства 17 определяется известным образом из соотношений:

Лd х> 4Ь

У=

hD (1)

В реальных условиях на плавсредстве

17 определяют дальности d> и дг до буев 2

1 (соответственно В1 и Вг):

Ф =(М+ бг )И. b d1 — dz и отклонения буев 2 от якорей-массивов 3, обозначенные на фиг,70 соответственно дх1, дхг,ду1,д уг.

На основании тригонометрических соотношений и условия Ь»дх1,г, (легко достигаемое на практике, так как отклонения заякорного буя составляет несколько десятков метров, а база Ь при глубине более километра из соображений удобства спуска якорей-массивов и размещающей способности по дальности, должна быть больше глубины, т,е. несколько километров), на плавсредства 17 определяется мгновенное значение новой, подвижной базы Ь } (дуг — ду1) 1791757 (ь (, !

Х ь

4Ь! 1 у =

I ° дх1 дх2

2d +Л 2Л вЂ” Л

+„! дх1 дх2

30 дХ1 дх2

2d! + hË 2d! — A дХ1 дх2 ! I

40 дам демодуляторов, и коммутаторами, выхои мгновенные координаты плавсредства 17 в подвижной системе Х О У, центр О которой помещен в середину базы Ь, образованной буями В1 и f32, !

Затем окончательно определяются скорректированные по положению подвижной базы b1 параметры Л и d

Л=Л(+2у " + д д

2dI + h,Ë 28! h,Ü

2 (+М 24 h,Ë = !+2у У + +

2d + Л 2Д. — Л

2d +Л 2(ф Л а ньа осньовании выражения (1} значения стационарных координат х и у.

Находя приращения стационарных координат на известный интервал времейи

Ж, нетрудно определить составляющие и саму величину абсолютной скорости плавсредств 1? в связанной с дном локальной системе координат

XI -Xl — 1 У! -У! -1 чь — д= ььь — — у —

Н= /Ч!+ V2

Кроме указанной области применения, изобретение позволяет также контролировать высоту волнения, а при размещении дополнительного волновода 6 от буя 2 до якоря-массива 3, реагирующего на изменение.температуры и давления, распределе45

55 ния указанных величин в зоне проведения работ.

Формула изобретения

1, Способ контроля состояния длинномерного объекта по авт. св. N. 1742615, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью контроля в нестабильной среде положения свободного конца троса, второй конец которого закреплен, используют дополнительно не мейее двух волноводов, все волноводы жестко закрепляют на тросе вдоль его оси в плоскостях, проходящих через эту ось и образующих равные пространственные углы, и по выходным сигналам волноводов определяют распределение кривизны и кручение вдоль оси троса, характеризующие коордйнаты свободного. конца троса относительно точки закрепления его второго конца, 2. Устройство для контроля состояния длинномерного объекта по авт. св, N.

1742615, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью контроля в водной среде положения свободного конца троса, второй конец которого закреплен на дне, оно снабжено буем, закрепленным на свободном конце троса, дополнительным волнаводом, последовательно соединенными вторым источником модулированной волновой энергии и третьим пространственным .фильтром, подключенным к входу дополнительного волновода, последовательнь0 соединенными четвертым пространственным фильтром и вторым демодулятором, подключенным к выходу дополнительного волно вода, попарно-последовательно соединенными передатчиками сигналов, входы которых подключены к выходы которых подключены к источникам модулированной волновой энергии, каждый из которых выполнен в виде последовательно свяэанных блока запуска и модулятора, причем все блоки устройства размещены в буе, связанной с коммутатором антенной, установленной на буе и предназначенной для дистанционного управления функционированием волноводов и связи с блоком обработки информации, и двумя элементами задержки, волноводы выполнены в виде вытянутых по длине троса и жестко закрепленных на йем петель, плоскости которых образуют пространственный угол 90, а каждый элемент задержки установлен в средней части соответствующей петли вол новода в одном из его каналов.

1791757

1791757

1791757

". 791757

1791757

Составитель И.Рекунова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О, Густи

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 149 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5