Способ измерения радиуса кривизны трубопровода по данным геодезических измерений

Способ измерения радиуса кривизны трубопровода по данным геодезических измерений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения трубопровода в пространстве и в том числе в горизонтальной и вертикальной плоскостях при эксплуатации и строительстве магистральных и технологических нефте-, нефтепродуктопроводов.

Известна монография: Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений / Г.А. Шеховцов, Р.П. Шеховцова // Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», Нижний Новгород, 2009. - С. 138-143. В монографии описаны методы и способы съемки подземных коммуникаций, имеющих выводы и не имеющих выводов. При этом плановое положение подземных коммуникаций, имеющих выводы, определяют относительно геодезической сети и относительно местных предметов, применяя при съемке засечки или способы прямоугольных координат, полярных координат и др.; а плановое положение подземных коммуникаций, не имеющих выводов, осуществляют либо с помощью рытья специальных шурфов, либо с помощью бесконтактного способа, когда подключение генератора к трубопроводам невозможно или не желательно.

Известен способ установки изделия в заданное пространственное положение и устройство для его осуществления (патент №2226168 C1 (RU) от 09.09.2002, МПК B64F 5/00, G01B 11/00, G01B 11/02, G01B 21/00), при котором создаются материальные носители системы координат рабочего пространства, относительно которой устанавливают изделие, и связывают с изделием не менее трех не расположенных на одной прямой носителей базовых точек, при этом изделие перемещают и устанавливают в положение с заданными координатами носителей этих базовых точек под контролем системы координатных измерений, при этом расположение носителей базовых точек на базовых поверхностях изделия определяют произвольно, а их расчетные координаты в рабочем пространстве задают с помощью внешних носителей базовых точек, пространственную ориентацию которых осуществляют раздельно и независимо. Данный способ не подходит для измерения радиуса кривизны трубопровода.

Известен способ измерения линейного смещения объекта и устройство для его осуществления (патент №2252395 C1 (RU) от 29.12.2003, МПК G01B 11/00, G01B 11/02), который включает в себя формирование равночувствительной базовой линии, формирование распределения облученности в изображении протяженной равнояркой световой марки для разных дистанций в пределах измеряемого диапазона, преобразование светового сигнала в электрический, измерение базового сигнала, выделение и регистрацию сигнала рассогласования, определение величины смещения, при этом распределение облученности от каждой дистанции формируют подобным по форме в виде квадрата с зоной постоянной облученности в центре изображения световой марки и ее спадом к границе изображения световой марки по линейному закону, регистрируют сигнал рассогласования, имеющий линейную зависимость от величины смещения, нормируется сигнал рассогласования к базовому сигналу по формуле. Способ определяет только линейное перемещение объекта и не учитывает положение объекта в пространстве.

Известен способ измерения и измеритель линейных перемещений (патент 2219491 С2 (RU) от 30.07.2001, МПК G01B 11/00) путем преобразования перемещения измерительного растра в сигналы с фотоприемника, измерения амплитуды этих сигналов и их аналого-цифрового преобразования, по результатам которого посредством блока вычисления судят о величине линейного перемещения, при этом используется дополнительный приемник. Способ предназначен для использования в измерительной технике измерения линейных перемещений и не подходит для измерения радиуса кривизны трубопровода.

Известно устройство для измерения положения и перемещения объекта (патент 2220402 С2 (RU) от 01.02.1999, МПК G01B 11/00), содержащее источник излучения и последовательно расположенные конденсатор, кодовую шкалу, предназначенную для скрепления с объектом и выполненную в виде штриховой меры таким образом, что линейные расстояния между штрихами не равны друг другу и определяются из соотношения: S_(n-1),n=S_0,1+d(n-1), где S_0,1 - линейное расстояние между нулевым и первым штрихами. Устройство относится к измерительной технике, к датчикам линейных перемещений, предназначенным для измерения положения и перемещения объекта. Данное устройство подходит определения линейного положения объекта и не дает возможности определения пространственного положения объекта.

Известен способ измерения радиуса кривизны длиннофокусного зеркала (патент 2159928 C1 (RU) от 15.06.1999, МПК G01M 11/00), включающий в себя формирование светового пучка, направление его на исследуемую поверхность, пространственное разделение пучка на два, регистрацию пространственных характеристик пучков и вычисление по ним радиуса кривизны, при этом световой пучок формируют параллельным, пучок разделяют после отражения от исследуемой поверхности, создают оптическую разность хода у разделенных пучков, получают интерференционную картину, а радиус кривизны R находят по ее характеристикам. Данный способ используется при оптотехнических измерениях в технической физике и может быть применен в оптическом приборостроении при изготовлении длиннофокусных оптических зеркал. При этом данный способ слишком трудоемок для применения в полевых условиях при измерении радиуса кривизны трубопровода.

Известно устройство для измерения радиусов кривизны поверхности детали (патент 2006792 C1 (RU)), содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник света, конденсатор, коллиматор, состоящий из объектива и щелевой диафрагмы, установленной в его передней фокальной плоскости, и непрозрачный экран с щелью, датчик величины перемещения и электродвигатель, предназначенный для перемещения датчика величины перемещения вдоль оптической оси. Данное устройство предназначено для использования в приборостроении для измерения малых радиусов кривизны в автоматическом режиме и не применимо для измерения радиуса кривизны магистральных и технологических нефте-, нефтепродуктопроводов.

Технический результат заявленного изобретения состоит в способе, который позволит определять радиус кривизны трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также в пространстве с максимальной минимизацией геодезических измерений.

Технический результат достигается за счет того, что для измерения радиуса кривизны трубопровода необходимо сформировать опорную прямую в горизонтальной и (или) вертикальной плоскостях в зависимости от целей измерения, при этом измерения производятся с помощью лазерного построителя плоскости, а далее с помощью тахометра, рулетки и прочих инструментов и приспособлений, применяемых для геодезический измерений, при этом предполагается, что геодезические измерения содержат ошибки, далее для максимальной минимизации ошибок геодезических измерений вычисляются:

- для горизонтального радиуса кривизны трубопровода значения дистанций для выбранных точек l_i и соответствующие значения координат x_i и y_i, i=1…N, где N - количество точек измерения,

- для горизонтального радиуса кривизны трубопровода - соответствующие высоты z_i.

Для вертикального радиуса кривизны выполняются следующие расчеты:

1. Вычисляются величины для параболической парной регрессии:

2. Формируется матрица:

3. Вычисляется матрица коэффициентов параболы:

4. Находится экстремум:

5. Формируются опорные точки для построения окружности:

где p - опорная дистанция для построения окружности.

6. Формируются вспомогательные матрицы:

7. Вычисляется матрица коэффициентов окружности:

8. Определяется вертикальный радиус кривизны:

при q 3 ≥ q 1 2 + q 2 2 необходимо в п. 5 уменьшить значение p и повторить расчет в пп. 5-8 или проверить значения исходных данных.

Для измерения горизонтального радиуса кривизны R_A проводятся те же расчеты по пп. 1-8, заменяя l_i на x_i, z_i на y_i.

Для определения радиуса кривизны трубопровода в пространстве R_Ї используется следующая формула:

На фиг. 1 показана схема формирования опорной прямой в горизонтальной плоскости.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - трубопровод;

2 - радиус изгиба трубопровода;

3 - границы участка изгиба трубопровода;

4 - опорная прямая;

5 - дистанция от образующей трубопровода до опорной прямой.

Способ измерения радиуса кривизны трубопровода по данным геодезических измерений состоит в том, что формируют опорную прямую в горизонтальной и (или) вертикальной плоскостях, измерения производят с помощью лазерного построителя плоскости, а далее с помощью тахометра и рулетки, при этом, если геодезические измерения содержат ошибки, то для горизонтального радиуса кривизны трубопровода определяют значения дистанций для выбранных точек l_i и соответствующие значения координат x_i и y_i, i=1…N, где N - количество точек измерения, при этом используют следующие формулы:- величины для параболической парной регрессии: - формируют матрицу: , - вычисляют матрицу коэффициентов параболы: - находят экстремум: - формируют опорные точки для построения окружности: где p - опорная дистанция для построения окружности;- формируют вспомогательные матрицы: , - вычисляют матрицы коэффициентов окружности: , - определяют вертикальный радиус кривизны: ,при этом, если , то уменьшают значение р и формируют опорные точки для построения окружности, повторяют расчет или проверяют значения исходных данных;для вычисления горизонтального радиуса кривизны трубопровода - соответствующие высоты z_i.