Традиционно в системах мониторинга деформаций строительных конструкций зданий и сооружений используются датчики деформаций (тензометрические, потенциометрические, индукционные и т.п.) и угла наклона (инклинометры), включаемые в сенсорную сеть системы. Указанные выше датчики перемещений обеспечивают локальный контроль за смещениями на объекте мониторинга. Для обеспечения контроля за смещениями объекта, в целом, Университетом ИТМО по заказу ОАО «Авангард» был разработан оптико-электронный преобразователь для контроля смещений крупногабаритных конструкций для системы мониторинга деформаций (СМД).
Оптико-электронный преобразователь для контроля смещений крупногабаритных конструкций (ОЭПКС) контролирует поперечные смещения элементов крупногабаритных конструкций посредством контроля поперечных смещений контрольных меток. Получаемые с ОЭПКС данные соответствуют текущему смещению контрольных меток относительно предустановленного положения в пределах диапазона контроля. Диапазон измерений перемещений в каждом из контролируемых направлении не менее ±40 мм. Допускаемая предельная погрешность контроля смещений в каждом из контролируемом направлении при расстояниях от базового модуля до контрольной метки от 10 м до 50 м для номинальных условий эксплуатации не более ±0,5 мм.
В структурную схему ОЭПКС (рис. 1) входят: метки контрольные (не менее 4 штук) с устройствами крепления и наведения, метка реперная, модуль базовый с устройством крепления и наведения, который включает в себя оптическую систему и приемник оптического излучения, насадка к базовому модулю для совмещения полей, модуль обработки и передачи информации. Питание меток контрольных и модуля обработки и передачи информации осуществляется от внешнего источника. Общий вид ОЭПКС показан на рис. 2.
В состав базового модуля 1 входит оптическая система, формирующая распределение освещенности от контрольных меток на приемнике оптического излучения. Контрольные метки 2 размещаются в тех местах конструкции, в которых значительная деформация наиболее точно описывает состояние сооружения. Насадка к базовому модулю 7 для совмещения полей служит для переключения поля зрения базового модуля с контрольных меток 2 на реперную метку. Базовый модуль 1 и реперная метка крепятся с помощью устройств крепления и наведения реперной метки и базового модуля 4. Модуль обработки и передачи информации 3 осуществляет управление приемником оптической информации, входящим в состав базового модуля 1 и осуществляет связь по проводному (кабели 5 и 6) или беспроводному каналу связи с контрольными метками 2, а также имеет интерфейс сопряжения с внешним устройством.
Расстояние от базового модуля 1 до контрольных меток 2:
– минимальное – размер А;
– максимальное – размер Б.
Допустимое горизонтальное смещение контрольных меток 2 от визирной оси равно половине ширины поля зрения базового модуля 1.
В табл. приведены размеры поля зрения базового модуля.
Зависимость размеров поля зрения базового модуля от расстояния до контрольной метки
Таблица
| Расстояние, м | Ширина поля зрения, мм | Высота поля зрения, мм |
| 10 | 170 | 110 |
| 25 | 580 | 420 |
| 50 | 1260 | 950 |
Допустимое вертикальное смещение контрольных меток 2 от визирной оси (размер B) равно половине высоты поля зрения базового модуля 1. Контрольные метки 2 не должны перекрывать друг друга в поле зрения базового модуля 1.
Базовый модуль (рис. 3) конструктивно совмещен с устройством крепления и наведения базового модуля, которое обеспечивает крепление базового модуля в горизонтальной плоскости, его наведение по 2 углам в диапазоне ±5˚, а также жесткую фиксацию выбранного положения. Устройство крепления и наведения базового модуля позволяет задавать его перемещение в диапазоне:
– по горизонтали ±5°;
– по вертикали ±3°.
Чувствительность регулировки положения базового модуля на расстоянии 50 м равна 10°.
Базовый модуль имеет основание 1, на котором размещены крышка 2 базового модуля и его корпус 3. На корпусе размещены узел защитного стекла 4 и разъем 5 для подключения к модулю обработки и передачи информации.
Контрольная метка (рис. 4) конструктивно объединена с устройством крепления и наведения контрольной метки, представляющая из себя пластину, прикрепленную к крышке контрольной метки винтами. На корпусе контрольной метки установлены разъем для подключения к модулю обработки и передачи информации и пять полупроводниковых излучающих диодов.
Модуль обработки и передачи информации (рис. 5) содержит корпус 1 и крышку 2, скрепленные винтами. По обе стороны корпуса 1 установлены разъемы для подключения базового блока 5, меток 3, ПЭВМ 4.
Реперная метка используется для взаимной привязки приборных систем координат двух и более преобразователей. Имеется возможность изменения ее угловой ориентации с сохранением положения источника излучения для наведения на различные ОЭПКС.
Реперная метка (рисунок 18) состоит из шара 1, в котором установлены полупроводниковый излучающий диод 2 марки TSAL5100 диаметром 5 мм фирмы VISHAY с диафрагмой 1 мм, и корпуса 3 с крышкой 4. На крышке 4 размещен разъем 5.
Алгоритмы обработки измерительной информации построены на основе сочетания методов обработки цифровых изображений специальных структур контрольных меток на сложном фоне с использованием алгоритмов межкадровой разности и спектральной селекции.
К ОЭПКС по интерфейсу RS-485 подключается устройство преобразования и передачи информации (УППИ), представляющее собой включается оконечный терминал беспроводной сенсорной сети ZigBee.
Разработанный преобразователь для контроля смещений предназначен для повышения уровня автоматизации, оперативности и достоверности процессов мониторинга состояния конструкций потенциально опасных объектов, зданий и оснований фундаментов, снижения материальных затрат на проведение наблюдений за техническим состоянием и осадкой потенциально-опасных объектов, зданий и сооружений.[schema type=»book» name=»РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УЗЛА БЕСПРОВОДНОЙ СЕНСОРНОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СМЕЩЕНИЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ» author=»Михайлов Александр Николаевич, Молев Федор Владимирович, Сергушев Алексей Геннадьевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-19″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]