Реферат з теми магістерської роботи

Вступ

Висотні будівлі відносяться до категорії об'єктів міста, аварійний стан яких може призвести до катастрофічних наслідків, тому на кожному будинку має бути реалізована комплексна система безпеки. Одним з найважливіших елементів цієї системи є заходи по ранньому виявленню можливості обвалення будівлі під впливом природно-техногенних впливів, і, особливо, таких як вітрові навантаження, промислова динаміка, зміни в грунтових умовах під об'єктом.

Актуальність

Неможливо заздалегідь передбачити, змоделювати і врахувати всі варіанти зміни зовнішніх факторів (геологічних, техногенних, природних, антропогенних) впливу на будівельний об'єкт у процесі його експлуатації. Однак, і це вкрай важливо реалізувати при проектуванні, можливо розробити та встановити прилад контролю орієнтації за станом і стабільністю основних елементів визначають експлуатаційну безпеку споруди - фундамент, стіни, перекриття, опорні колони, дах, що несуть і силові елементи конструкції.

Таким чином, актуальною проблемою на сьогоднішній день є розробка різноманітних приладів і систем моніторингу конструкцій будівель і споруд, і впровадження їх у практику будівництва.

Огляд методів

Для цього був проведений аналітичний огляд існуючих методів контролю:

• Використання супутникових методів вимірювань;
• Волоконно-оптичні вимірювальні системи;
• Лазерне сканування будівель;
• Метод геометричного нівелювання;
• Магнітні датчики просторової орієнтації;
• Використання акселерометрів.

Розглянуті методи і прилади визначення просторової орієнтації об'єктів у пунктах серед усіх недоліків, мають один дуже істотний - вони занадто дорогі, для використання в якості стаціонарних вимірювальних приладів при моніторингу будівель і споруд. В даний час контроль зсувів, вібрацій і відхилень об'єктів проводиться міськими службами з певними проміжками часу (раз в 5 років), а не які конструкції, як часто буває у наш час, і зовсім залишаються без уваги. Дане питання набуває особливої актуальності у зв'язку з набирающими зараз високими темпами будівництва, особливо в несприятливих в геологічному відносинах районах, до яких відноситься наш і місто. Пристрої контролю, для отримання масового поширення, повинні володіти низькою вартістю і в той же час забезпечувати достатню точність. Внаслідок даних міркувань, пропонується в якості прототипів використовувати такі датчики просторової орієнтації. За основу датчиків контролю вертикалі будівель і споруд пропонується використовувати магнитоупругие датчики просторової орієнтації об'єктів.

Постановка завдання контролю

Прилад визначення просторової орієнтації об'єктів призначений для об'єктивного високоточного вимірювання переміщень (нахилу, вібрацій) контрольованих об'єктів (будівель, споруд) та елементів конструкцій від вихідного положення, передачі даних для подальшого відображення, обробки, зберігання, та оповіщення у випадку аварійних ситуацій. Проектоване пристрій призначений для вимірювання cмещенія, вібрації і нахилу об'єкта. Як прототип обрані магнитоупругие датчики вертикального контролю.

В якості рекомендованого концептуального рішення можна запропонувати наступне. Застосування магнітних датчиків дозволить перетворити переміщення (вібрації) і відхилення об'єкта від вертикалі в електричні сигнали.

У процесі вимірювань можливо проводити як кілька зчитувань контрольованих даних через певні проміжки часу, так і вести безперервний у часі контроль об'єкту.

Моніторинг буде здійснюватися за допомогою бездротової системи. Бездротова система моніторингу включає кілька різних компонент, які представлені на рис. 1. Система моніторингу повинна забезпечувати передачу даних з контрольованих конструкцій без візуального їх огляду. Дані вимірювань з датчиків можуть передаватися до користувача різним шляхом, в даному дипломі розглядається метод передачі заснований на технології ZigBee. Кілька датчиків об'єднуються в мережу утворюючи «вузли», які мають джерело харчування і можуть передавати самостійно сигнали тільки на невеликі відстані. Тому на об'єкті встановлюється центральний пристрій, який збирає та зберігає інформацію в базі даних для аналізу з різних вузлів. Ці дані, використовуються для оцінки поточного стану конструкцій і в разі настання критичної ситуації видається повідомлення у вигляді сигналу тривоги. Центральний пристрій має виконувати також калібрування датчиків і забезпечувати перепрограмування вузлів та робника зберігаючи в цілому систему гн учкою.Центральний пристрій має має, як правило персональний комп'ютер з постійним джерелом живлення та відповідними програмами.

мал.1 Схематична діаграма бездротової системи моніторингу(3 кадру, розмір 56,2 кб)

Система моніторингу повинна забезпечувати передачу даних з контрольованих конструкцій без візуального їх осмотра.Несколько датчиків об'єднуються в мережу утворюючи «вузли», які мають джерело харчування і можуть передавати самостійно сигнали тільки на невеликі відстані. Тому на об'єкті встановлюється центральний пристрій, який збирає та зберігає інформацію в базі даних для аналізу з різних вузлів. Ці дані, використовуються для оцінки поточного стану конструкцій і в разі настання критичної ситуації видається повідомлення у вигляді сигналу тривоги. Центральний пристрій має виконувати також калібрування датчиків іобеспечівать перепрограмування вузлів датчиків зберігаючи в цілому систему гнучкою.

Теоретичний аналіз та обгрунтування функцій приладу

Робота магнітопружному перетворювача заснована на магнітопружному ефекті. Як відомо, феромагнітні речовини мають області мимовільного намагнічування (домени). У ненамагніченим стані речовини домени орієнтовані хаотично і магнітні моменти окремих доменів компенсують один одного. При приміщенні феромагнітного тіла в магнітне поле домени орієнтуються в його напрямку. У слабкому полі орієнтація часткова; в сильному полі при магнітному насиченні матеріалу орієнтуються всі домени. Орієнтація доменів викликає збільшення магнітної індукції, характерне для феромагнітних матеріалів.

Якщо на намагнічений зразок феромагнітного тіла впливати зовнішньої механічної силою, то тіло деформується, домени змінять свою орієнтацію і індукція в матеріалі змінюється. Явище має пружний характер. Якщо силу зняти, то індукція візьме колишнє значення. Оскільки абсолютна магнітна проникність речовини

то при заданій напруженості поля М зміна індукції В еквівалентно зміни магнітної проникності.

Зміна індукції або магнітної проникності у феромагнітних тілах при дії на них сили називається магнітопружних ефектом.

Розглянуте явище використовується для перетворення механічної сили в електричну величину.

Магнитоупругие перетворювачі можуть мати дві обмотки (мал. 2).

мал.2 Магнитоупругие перетворювачі з двома обмотками

Такі перетворювачі є трансформаторними. При дії сили внаслідок зміни магнітної проникності змінюється взаємна індуктивність М між обмотками і ЕРС вторинної обмотки Е. Формула перетворення має вигляд

При розрахунку перетворювача та його чутливості потрібно відповідно до законів і правил механіки розрахувати механічні напруги про в елементах конструкції і їх залежність від вимірюваної сили s = s (F).

Залежність m _r = m _r(s) у феромагнітних речовинах в загальному випадку нелінійна. Однак при невеликих механічних напругах можна вважати, що відносна зміна магнітної проникності пропорційно s:

де D m = m _r – m _{r ном} - значення магнітної проникності при впливі s; m _{r ном} - номінальна магнітна проникність при s = 0;

S_m - чутливість матеріалу.

На малюнку представлена укрупнена функціональна схема приладу експрес&ndashконтролю просторової орієнтації об'єктів (будівель і споруд), пропонована для подальшої розробки.

мал.3 Функціональна схема приладу визначення просторової орієнтації об'єктів

Висновок

У даній роботі проведено огляд та аналіз існуючих методів і засобів вимірювання контрольованого параметра. У результаті аналізу виявлено недоліки кожного методу і, відповідно до сучасних вимог і умов експлуатації, обраний як чутливого елемента магнітопружних датчік.Поставлена завдання на проектування для розробленого приладу та розроблено основні положення технічного завдання, відповідно до цього розроблена орієнтовна структурна схема проектованого приладу .